FR2646915A1

FR2646915A1 - Dispositif pour la mesure de l'humidite du sol et de l'equivalent liquide de la couche de neige

Info

Publication number: FR2646915A1
Application number: FR8906097A
Authority: FR
Inventors: Vladimir Vladimirov Abelentsev; Evgeny Vasilievich Kolomeets; Vladimir Vladimirovich Oskomov; Vladimir Nikolaevi Sevostyanov; Shepa Davidovich Fridman
Original assignee: KAZAKHSKY, University of
Current assignee: KAZAKHSKY, University of
Priority date: 1988-07-27
Filing date: 1989-05-10
Publication date: 1990-11-16
Anticipated expiration: 2009-05-10
Also published as: BR8807743A; US4992667A; FR2646915B1; WO1990001158A1; DE3891359T1

Abstract

L'invention concerne les dispositifs de mesure de l'humidité. Le dispositif pour la mesure de l'humidité du sol et de l'équivalent liquide de la couche de neige comprend un détecteur 1 de neutrons cosmiques ayant traversé le sol, un détecteur de neutrons cosmiques 2 placé au-dessus du sol, à une distance du détecteur 1 ne dépassant pas le parcours d'absorption des neutrons thermiques dans l'atmosphère, et un détecteur 3 de quanta gamma du rayonnement ambiant du sol placé à une distance du détecteur 1 ne dépassant pas le parcours d'absorption des quanta gamma dans le sol. Les détecteurs 1, 2, 3 sont électriquement reliés chacun à son propre bloc 4, 8, 12 de séparation des impulsions de l'amplitude prédéterminée et à son propre compteur d'impulsions 5, 9, 13 montés en série, une minuterie 6, 10, 14 étant branchée sur le compteur d'impulsions 5, 9, 13, dont la sortie est reliée à un enregistreur 7, 11, 15. L'invention peut être utilisée dans l'agriculture, l'hydrologie, la météorologie agricole, la glaciologie et l'hydrométéorologie.

Description

DISPOSITIF POUR LA MESURE DE L'HUMIDITE DU SOL ET

DE L'E UIVALEhT LIQUIDE DE LA COUCHE DE NEIGE L'invention concerne les dispositifs pour la mesure de l'humidité et a notamment pour objet un dispositif pour la mesure de l'humidité du sol et de l'équivalent

liquide de la couche de neige tombée.

L'invention peut être utilisée de manière efficace dans l'aEriculture, l'hydrologie, la météorologie agricole pour la détermination de l'éouivalent liquide des couches nivales des montagnes qui permet de juger du débit des torrents et des rivières de montagne, pour la détermination

de l'humidité du sol à différentes profondeurs qui carac-

térise le niveau phréatique et contribue à fixer les dé-

lais et les volumes des travaux d'assainissement agricole a

entreprendre, ainsi que dans la glaciologie et l'hy.romété-

orologie. L'importance pratique des informations sur les réserves de neige et leur évolution sur de vastes territoires, ainsi que sur l'humidité des sols est immense. Par conséquent, les exigences auxquelles doivent satisfaire les dispositifs

poux la mesure de l'humidité du sol et de l'équivalent li-

quide de la couche de neige consistent surtout en ce qu'ils soient de haute précision, tout a'abord en ce qui concerne les mesures de l'humidité du sol, et qu'ils permettent les

mesures continues pour contrôler les variations de l'humi-

dité du sol et l'évolution de l'équivalent liquide

de la couche de neige.

Pour mesurer l'humidité du sol et l'équivalent liqui-

de des couches de neige on emploie les méthodes à contact

qui sont les plus répandues et les plus connues. Par exem-

ple, pour mesurer l'équivalent liquide des couches de neige on utilise des perches nivométriques ou échelles portatives

permettant de mesurer l'épaisseur de la couche, et des den-

simètres à neige standard permettant de prélever un échan-

tillon de neige et d'en mesurer la densité. Pour les mesu-

res de l'humidité du sol on emploie la méthode thermosta-

tique pondérale nécessitant le prélèvement d'échantillons

du sol et leur dessiccation. Pour le prélèvement d'échan-

tillons du sol on utilise des récipients standard (des burettes) et la dessiccationdes échantillons est effectuée en étuves. Ces methodes sont assez laborieuses et dange-

reuses quand il s'agit des mesures à faire dans les mon-

tagnes et elles ne permettent jas d'obtenir la précision voulue, puisque, par exemple, une partie de l'humidité

n'intervient pas dans les résultats des mesures de la den-

sité de la neige fondue effectués à l'aide de densimètres.

En outre, lorsque l'humidité du sol est mesurée sur un échartillon prélevé de faible volume, il est impossible

d'obtenir des résultats authentiques poux de grandes super-

ficies contrôlées.

Outre les méthodes à contact, on utilise des disposi-

tifs permettant la mesure à distance de l'humidité du sol et de l'équivalent liquide de la couche de neige. Dans ce type de mesures on arrive à automatiser les procédés de

mesure, sans qu'il soit necessaire de prélever des échan-

tillons et sans perturber la structure du milieu ni les

processus qui s'y déroulent, tels par exemple que: accumu-

lation de neige, fonte, humidification. Ces mesures sont

basées sur l'enregistrement des rayonnements électromagné-

tiques pénétrants d'origine naturelle ou artificielle cans

une gamme de longueurs d'onde s'étendant de la bande cen-

timétrique au rayonnement gamma de la longueur d'onde de

-11 cm, en passant par le domaine de la radiation vi-

sible, ultraviolette et infrarouge (E.V.Kolomeets, Sh.D.

Fridman, "Méthode de détermination de l'équivalent liquide de la couche de neige et de l'humidité du sol basée sur

la mesure de la radiation cosmique", 1981, Gidrometeoiz-

dat (Leningrad), p. 3). Les dispositifs de mesure de l'hu-

midité du sol et de l'équivalent liquide de la couche de neige utilisant un rayonnement électromagnétique pénétrant dans une gamme donnée de longueurs d'onde comprennent un détecteur de rayonnement électromagnétique branché sur un enregistreur. L'humidité du sol et l'équivalent liquide de

la couche de neige sont déterminés à partir des varia-

tions du rayonnement électromagnétique qui dépendent de l'humidité du sol et de la valeur d'équivalent liquide de la couche de neige. La méthode la plus répandue de mesure de l'humidité du sol et de l'équivalent liquide de la couche de neige est

celle de levé aérien de la radio-activité gamma (A.V.Dmit-

siev, Sh.D.Fridman, "Principes des méthodes de mesure à distance de l'équivalent liquide de la couche de neige et de l'humidité des sols basées sur la mesure du rayonnement gamma du sol terrestre", 1979, Gidrometeoizdat (Leningrad), p. 281, 288). Le dispositif de levé aérien du rayonnement gamma est essentiellement un détecteur du rayonnement gamma ambiant émis par la surface de la neige ou du sol, installé à bord d'un avion et servant à mesurer le rayonnement gamma

à plusieurs reprises. C'est selon l'affaiblissement du rajyon-

Lement gamma qu'on juge de l'humidité du sol ou de la va-

leur d'équivalent liquide de la couche de neige.

Les dispositifs Dour la mesure de l'humidité du sol et de l'équivalent liquide de la couche de neige utilisant un rayonnement électromagnétique pénétrant d'origine naturelle ne sont pas de nature à assurer une mesure simultanée et séparée de l'humidité du sol et de l'équivalent liquide de

la couche de neige, ni la précision nécessaire, les résul-

tats de mesures ne tenant pas compte de l'influence de l'humus du sol ni de la masse biologique de la couche de végétation. Pour la mesure de l'humidité du sol et de l'équivalent en liquide de la couche de neige on utilise des dispositifs

comprenant des sources artificielles de rayonnement péné-

trant (E.V.Kolomeets, Sh.D.Fridman, "Méthode de détermina-

tion de l'équivalent liquide de la couche de neige et de

l'humidité du sol basée sur la mesure du rayonnement cosmi-

que", 1981, Gidrometeoizdat (Leningrad), p. 74). Par exem-

ple, un des dispositifs utilise une source isotopique neu-

-4 - tronique pour la mesure de l'humidité du sol et une source isotopique gamma poux la mesure de l'équivalent liquide de la neige, et des détecteurs appropriés. Les variations du rayonnement artificiel traversant une couche de neige ou de sol permettent d'évaluer l'humidité du sol et l'équi-

valent liquide de la couche de neige.

L'utilisation de sources isotopiques présente toute-

fois certaines difficultés en ce cui concerne la protec-

tion biologique et augmente les dangers de pollution de l'environnement. Plus l'équivalent liquide de la couche de neige à mesurer est élevé plus la source isotopique doit être puissante, ou bien le dispositif doit comprendre

plusieurs sources isotopiques et plusieurs détecteurs ins-

tallés à différents niveaux. En outre, la précision de ces dispositifs est affectée par l'influence de l'humus du sol et de la masse biologique de la couche de végétation, surtout quand il s'agit des mesures dans une gainme étendue,

et ils ne permettent pas de mesurer en m&me temps l'humidi-

té du sol et l'équivalent licuide de la couche de neige

avec un même dispositif.

On connalt également un dispositif pour la mesure de l'humidité du sol et de l'équivalent liquide de la couche

de neige comprenant un premier détecteur de neutrons cos-

miques ayant traversé le sol, enfouis dans le sol à la profondeur voulue, et un deuxième détecteur de neutrons

cosmiques installé au-dessus du sol, à une hauteur dé-

passant l'épaisseur maximale de la couche de neige ou de

la couche de végétation et à une distance du premier dé-

tecteur de neutrons cosmiques ne dépassant pas le parcours

des neutrons thermiques avant leur absorption atmosphéri-

que, chacun de ces détecteurs étant relié électriquement

à son propre bloc de séparation des impulsions d'une am-

plitude donnée et A son propre compteur d'impulsions mon-

tés en série l'entrée de commande du compteur étant bran-

chée sur une minuterie et la sortie, sur un enregistreur (E.V.Kolomeets, Sh.D.Fridman, "Méthode de détermination -5 -

de l'équivalent liquide de la couche de neige et de l'hu-

midité du sol basée sur les mesures des rayonnements cos-

miques", 1981, Gidrometeoizdat (Leningrad), p. 59, 83, 84). Avec ce dispositif les mésures simultanées de l'humi- dité du sol et de l'équivalent liquide de la couche de neige ne sont possibles que lorsque l'une des grandeurs à mesurer est invariable. De ce fait, le dispositif en question n'assure pas la précision nécessaire, puisque

les grandeurs à mesurer varient dans le temps et dépen-

dent l'une de l'autre. En outre, la précision des mesures est compromise par l'influence de l'humus du sol et de la masse biologique de la couche de végétation, influence

qui n'est pas prise en compte pendant les mesures.

On s'est donc proposé de créer un dispositif pour la mesure de l'humidité du sol et de l'équivalent liquide de la couche de neige qui permettrait a'améliQorer la précision

de la mesure séparée de l'humidité du sol et de l'écuiva-

lent liquide de la neige grâce au fait qu'il est possible

de corriger l'influence de l'humus du sol sur les indi-

cations du détecteur des neutrons de rayonnement cosmique

ayant traversé une couche du sol.

Ce problème est résolu à l'aice d'un dispositif pour la mesure de l'humidité du sol et de l'équivalent liquide

de la neige comprenant un premier détecteur de neutrons cosmi-

ques an*t traversé le sol-, enfoui dans le sol à la pro-

fondeur voulue, un deuxième détecteur de neutrons cos-

miques installé au-dessus du sol, à une hauteur supérieure à l'épaisseur maximale de lu couche de neige ou de la

couche de végétation et à une distance du premier détec-

teur de neutrons cosmiques ne dépassant pas le parcours de

neutrons thermiques avant leur absorption dans l'atmos-

phère, chacun de ces détecteurs étant électriquement relié

à, mis en série, son propre bloc de séparation des impul-

sions de l'amplitude prédéterminée et son propre compteur d'impulsions dont l'entrée de commande est branchée sur - 6 - une minuterie et la sortie est liée à un enregistreur, dispositif qui, selon l'invention, comprend un détecteur

de quanta gamma naturels, ou ambiants, du sol, instal-

lé à la surface du sol à uhe distance du premier détec-

teur de neutrons cosmiques ne dépassant pas le parcours des quanta gamma avant leur absorption dans le sol, un

bloc supplémentaire de séparation des impulsions de l'am-

plitude préterminée, un compteur d'impulsions supplémen-

taire dont l'entrée est braLchée sur la sortie du bloc supplémentaire de séparation des impulsions de l'amplitude prédéterminée, une minuterie supplémentaire branchée sur

l'entrée de commande du compteur d'impulsions supplémen-

taire et un enregistreur supplémentaire auquel est liée

la sortie du compteur d'impulsions supplémentaire.

Il est préférable que, lorsque le sol est récouvert d'une couche de neige, le dispositif pour la mesure de l'humidité du sol comprenne un détecteur supplémentaire de neutrons cosmigues ayant traversé la couche de neige,

qui soit doté d'un socle en matière hydrogénifère et ins-

tallé par ce socle à la surface du sol à une distance du premier et du deuxième détecteurs de neutrons cosmiques qui n'est pas supérieure au parcours de neutrons thermiques avant leur absorption dans l'atmosphère, et qu'il comprenne

également un détecteur supplémentaire de quanta gamma am-

biants émis par la couche de végétation, placé à la sur-

face du sol, à une distance du détecteur supplémentaire de neutrons cosmiques ne dépassant pas le parcours des

quanta gamma avant leur absorption dans la couche de végé-

tation, et encore deux blocs supplémentaires de séparation des impulsions de l'amplitude prédéterminée dont l'un est

électriquement relié au détecteur supplémentaire de neu-

trons cosmiques et l'autre, au détecteur supplémentaire de quanta gamma ambiants émis par la couche de végétation,

deux compteurs d'impulsions supplémentaires dont les ent-

rées sont branchées sur la sortie du bloc supplémentaire correspondant de séparation des impulsions de l'amplitude - 7 -

prédéterminée, deux minuteries supplémentaires dont cha-

cune est branchée sur l'entrée de commaLde du compteur

d'impulsions supplémentaire correspondant, et deux en-

registreurs supplémentaires, liés, chacun, à la sortie du compteur d'impulsions supplémentaire correspondant. Il est avantageux que le dispositif pour la mesure de

l'humidité du sol comprenne additionnellement, mis en sé-

rie, un bloc diviseur, les signaux électriques aux sorties duquel correspondent aux intensités relatives des neutrons cosmiques ayant traversé le sol et la couche de neige et

des quanta gamma ambiants dus au sol et à la couche de vé-

gétation les entrées dudit bloc diviseur étant liées aux sorties des compteurs d'impulsions, et un convertisseur non lineaire des signaux électriques, correspondant aux intensités relatives des neutrons cosmiques ayant traversé le sol et la couche de neige, et des quanta gamma ambiants

dus au sol et à la couche de végétation, en signaux élec-

triques, correspondant à l'humidité 'adu sol et à l'équiva-

lent liquide de la couche de neige, les enregistreurs étant réunis en un enregistreur commun ou universel et les

sorties du convertisseur non linéaire de signaux électri-

ques étant branchées aux entrées de cet enregistreur uni-

versel. Il estefficace que dans le dispositif pour la mesure de l'humidité du sol, le convertisseur non linéaire des

signaux électriques, correspondant aux intensités rela-

tives des neutrons cosmiques ayant traversé le sol et la couche de neige et des quanta gamma ambiants dus au sol

et à la couche de végétation, en signaux électriques cor-

respondant a l'humidité du sol et à l'équivalent liquide de la couche de neige, comprenne: une première mémoire

dans laquelle est inscrite la relation d'étalonnage carac-

térisant l'intensité des neutrons cosmiques ayant traversé

le sol en fonction de l'humus du sol, à l'entrée de la-

quelle il est appliqué le signal électrique correspondant à l'intensité relative des quanta gamma ambiants dus au - 8 - sol; un premier multiplicateur qui a l'une de ses entrées raccordée à la sortie de la première mémoire et son autre entrée, recevant le signal électrique correspondant à

l'intensité relative des neutrons cosmiques ayant tra-

versé le sol; une deuxième mémoire renfermant, inscrite, la relation d'étalonnage caractérisant l'intensité des neutrons cosmiques ayant traversé la couche de végétation en fonction de la masse biologicue de cette dernière, cette mémoire recevant à son entrée le signal électrique

correspondant à l'intensité relative des quanta gamma am-

biants dus à la couche de végétation; un deuxième multi-

plicateur qui a l'une de ses entrées raccordée à la sortie de la deuxième mémoire et une autre entrée recevant le signal électrique correspondant à l'intensité relative des neutrons cosmiques ayant traversé la couche de neige; une troisième mémoire avec, inscrite, la relation d'étalonnage caractérisant l'intensité relative ces neutrons cosmiques

ayant traversé le sol en fonction ce l'humidité du sol, cor-

rigée de fa;on à tenir compte de l'humus du sol, cette troisième m-omoire ayant son entrée raccordée à la sortie

du premier multiplicateur, et une quatrième mémoire com-

portant, inscrite, la relation d'étalonnage caractérisant

l'intensité relative des neutrons cosmiques ayant traver-

sé la couche de neige en fonction de l'équivalent liquide de la couche de neige, corrigée de fa;on à tenir compte de

la masse biologique, cette quatrième mémoire ayant son ent-

rée raccordée à la sortie du deuxième multiplicateur.

Le dispositif pour la mesure de l'humidité du sol et

de l'équivalent liquide de la couche de neige selon l'in-

vention permet d'améliorer la précision des mesures sépa-

rées de l'humidité du sol et de l'équivalent liquide de

la couche de neige grâce au détecteur de quanta gamma am-

biants dus au sol, qui permet de tenir compte de l'in-

fluence de l'hydrogène de l'humus sur les indications du

détecteur de neutrons cosmiques placé dans le sol.

-9-

Grâce à la géométrie ci-dessus indiquée de l'emplace-

ment des trois détecteurs de neutrons et des deux détect-

eurs de quanta gamma le dispositif permet de mesurer simul-

tanément et séparément l'équivalent liquide de la couche de neige et l'humidité du sol, en tenant compte de la masse

biologique de la couche de végétation et de l'humus du sol.

Lorsque le détecteur des neutrons cosmiques ayant tra-

versé la couche de neige est placé à la surface du sol sur un socle en matière hydLog4nifère, les indications de ce détecteur ne sont plus influencées par l'humidité du sol grâce au fait que le socle en matière hydrogénifère et la couche de neige constituent un écran qui le protège contre les neutrons d'albédo du sol. Bien que l'eau de la neige

influe sur les indications du détecteur de neutrons cosmi-

ques ayant traversé le sol, le rapport entre les indica-

tions du détecteur de neutrons cosmiques ayant traversé le

sol et les indications du détecteur supplémentaire de neu-

trons cosmiques ayant traversé la couche de neige, doté

d'un socle en matière hydrogénifère, ne dépena cue de l'hu-

midité du sol, ce qui permet de mesurer celle-ci avec une haute précision. La valeur de l'équivalent liquide de la couche de neige est déterminée à partir des indications du détecteur de neutrons cosmiques ayant traversé la couche

de neige, doté d'un socle en matière hydrogénifère.

C'est ainsi qu'on arrive à mesurer simultanément et séparément l'équivalent liquide de la couche de neige et

l'humidité du sol. Pour pouvoir mesurer le flux de neu-

trons soumis à l'influence de l'humidité du sol et de l'eau de la neige des volumes contrôlés, il faut placer tous les trois détecteurs de neutrons cosmiques à une distance l'un des autres ne dépassant pas la longueur du parcours des neutrons thermiques avant leur absorption

dans l'atmosphère.

Les indications du dispositif pour la mesure de l'hu-

midité du sol et de l'équivalent liquide de la couche de neige comprenant un premier détecteur de neutrons cosmiques

- 10 -

ayant traversé le sol subissent une influence supplémen-

taire de l'humus et de la masse biologique de la couche

de végétation, alors que les indications du détecteur sup-

plémentaire de neutrons cosmiques ayant traversé la couche de neige sont influencées par la masse biologique de la

couche de végétation. La précision de mesure est amélio-

rée grâce au fait qu'on tient compte de l'inrfluence de l'humus du sol et de la masse biologique de la couche de végétation sur l'intensité des neutrons cosmiques. ëour

corriger en conséquence les indications du premier détec-

teur de neutrons cosmiques ayant traversé le sol et les

indications du détecteur supplémentaire de neutrons cos-

miques ayant traversé la couche de neige, il faut connai-

tre la teneur en humus du sol et la teneur en masse biolo-

gique de la couche de végétation.

La teneur en humus du sol et la teneur en masse biolo-

gique de la couche de végétation sont obtenues à partir des indications des détecteurs mesurant les quanta gamma ambiants émis respectivement par le sol et par la couche

de végétation au sol. Le détecteur de quanta gamma am-

biants émis par le sol est placé à la surface du sol, à une distance du premier détecteur de neutrons cosmiques ne dépassast pas la longueur du parcours d'absorption des quanta gamma dans le sol, pour pouvoir mesurer la densité

de l'humus du sol qui influe sui les indications du pre-

mier détecteur de neutrons cosmiques ay,-ant traversé le sol.

Le détecteur supplémentaire de quanta gamma ambiants de la couche de végétation est placé à la surface du sol à

une distance du détecteur supplémentaire de neutrons cos-

miques ne dépassant pas le parcours d'absorption de quanta gamma dans la couche de végétation, pour pouvoir mesurer la masse biologique de cette couche qui influe sur les indications du détecteur supplémentaire de neutrons

cosmiques traversant la couche de neige.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la

description qui va suivre des exemples de réalisation, en

ce référant aux dessins annexés dans lesquels:

- 11 -

- la figure I représente un dispositif pour la mesure de l'humidité du sol et de l'équivalent liquide de la couche de neige, compte tenu de l'humus du sol, dont l'un des détecteurs est enfoui dans le sol, l'autre est placé au-dessus du sol et le troisième, à la surface du sol, se- lon l'invention; - la fi&ure 2 représente le même dispositif conçu pour tenir compte de la masse biologique de la couche de végétation, selon l'invention;

- la figure 3 représente le même dispositif que la fi-

gure 2, avec traitemer.t automatique de l'information, selon l'invention; - la figure 4 représente le même dispositif que la figure 2, avec transmission d'information à distance; - la figure 5 (a, b) repDésente les diagrammes de

l'intensité des neutrons cosmiques en fonction de l'humi-

dité du sol et de l'équivalent liquide de la couche de

neige à de différents profondeurs dans la sol.

Le dispositif pour la mesure de l'humidité du sol et de l'équivalent liquide de la couche de n-ige comprend Un premier détecteur I (figure 1) de neutrons cosmiques ayant traversé le sol, placé à une profondeur donnée hi1 dans le sol. La profondeur h1 esb déterminée par les buts précis

des mesures en fonction du domaine d'application du dis-

positif. Par exemple, si les mesures s'effectuent dans le

cadre des travaux d'assainissement agricole, la profon-

deur h1 est déterminée par la profondeur d'enracinement des plantes cultivées (graminées: 20 cm, arbres fruitiers: 2 à 5 m). Un deuxième détecteur 2 de neutrons cosmiques est placé au-dessus du sol à une hauteur h2 dépassant l'épaisseur maximale de la couche de neige ou de la couche de végétation, représentée sur le dessin en ligne ondulée,

et à une distance 11 du premier détecteur de neutrons cos-

miques 1 ne dépassant pas le parcours d'absorption des

neutrons thermiques dans l'atmosphère. Le deuxième détec-

teur de neutrons cosmiques 2 est destiné à mesurer le flux

- 12 -

de neutrons direct incident de l'atmosphère. Le détecteur

de rayonnement gamma appelle dans le texte qui suit dé-

tecteur 3 de quanta gamma du rayonnement ambiant émis du sol, est placé à la surface du sol à une distance du premier détecteur de neutrons cosmiques I ne dépassant pas le parcours d'absorption des quanta gamma dans le sol, pour pouvoir mesurer la densité de l'humus qui influe sur

les indications au premier détecteur I de neutrons cos-

miques 1. Le détecteur 1 est électriquement relié à un

bloc 4 de séparation des impulsions de l'amplitude prédé-

terminée et à un compteur d'impulsions 5 montés en série;

* l'entrée de commande du compteur 5 est branchée sur une mi-

nuterie 6 et la sortie, sur un enregistreur 7. Le détec-

teur 2 est électriquement relié à un bloc 8 de séparation

des impulsions de l'amplitude prédéterminée et à un comp-

teur d'impulsions 9 montés en série; l'entrée de commande du compteur 5 est branchée sur une minuterie 10 et la

sortie, sur un enregistreur 11.

Le détecteur 3 de quanta gamma ambiants émis par le sol est électriquement relié à un bloc 12 de séparation

des impulsions à amplitude prédéterminée et à un comp-

teur d'impulsions 13 montés en série; l'entrée de commande du compteur 13 est branchée sur une minuterie 14 et la

sortie, sur un enregistreur 15.

Pour mesurer l'humidité du sol et l'équivalent li-

cuide de la couche de neige de manière à tenir compte de l'influence de l'humus du sol et de la masse biologique de

la couche de végétation, le dispositif comprend un détec-

teur 16 (figure 2) de neutrons du rayonnement cosmique ayant traversé larcouche de neige, doté d'un socle 17 en matière hydrogénifère, par exemple, en polyethylène (CH2), et placé par ce socle 17 à la surface du sol aux distances

13et 1 respectivement du premier détecteur 1 et du deu-

xième détecteur 2 de neutrons cosmiques, distances ne

dépassant pas le parcours d'absorption des neutrons ther-

miques dans l'atmosphère, et un détecteur de rayonnement

- 13 -

gamma appelé dans le texte qui suit détecteur de quanta gamma ambiants 18 de la couche de végétation, placé à la surface du sol à la distance 15 du détecteur de neutrons cosmiques 16, ne dépassant pas le parcours d'absorption des quanta gamma dans la couche de végétation. Comme dans

le dispositif réalisé selon le mode représenté sur la fi-

gure 1, le détecteur de neutrons cosmiques 16 est électri-

quement relié à un bloc 19 de séparation des impulsions de

l'amplitude prédéterminée et à un compteur 20 d'impul-

sions montés en série, l'entrée de commande du compteur 20 étant branchée sur une minuterie 21 et la sortie, sur un enregistreur 22. De détecteur 18 de quanta gamma ambiants émis par la couche de végétation est électriquement relié à un bloc 23 de séparation des impulsions de l'amplitude prédéterminée et à un compteur d'impulsions 24, l'entrée

de commande du compteur 24 étant branchée sur une minute-

rie 25 et la sortie, sur un erzegistreur 26.

Pour le traitement automatique des résultats des me-

sures, le dispositif pour la mesure de l'humidité comprend additionnellement, mis es sgrie, un bloc diviseur 27

(fig. 3) qui fournit par ses sorties des sirgnaux électri-

ques correspondant aux intensités relatives des neutrons cosmiques ayant traversé le sol et la neige et des quanta gamma ambiants dus au sol et à la couche de végétation,

les entrées du diviseur étant reliées aux sorties des com-

pteurs d'impulsions 5, 9, 13, 20, 24, notamment, dans la version d'exécution considérée, branchées directement à ces sorties, et un convertisseur non linéaire 28 des signaux électriques correspondant aux intensités relatives des neutrons cosmiques ayant traversé le sol et la couche de neige et des quanta gamma ambiants dus au sol et à la couche végétale, en signaux électriques correspondant à l'humidité du sol et àl'équivalent liquide de la couche de neige. Dans ce dispositif, les enregistreurs 7 (fig.2),

11, 15, 22, 26 sont réunis en un seul enregistreur uni-

versel 29 (fig. 3) et les sorties du convertisseur non

linéaire 28 sont raccordées aux entrées de cet enregis-

- 14 -

treur universel 2'.

Dans la version considérée, le bloc diviseur 27 com-

porte des diviseurs 30, 31, 32, 33. L'entrée 34 du divi-

seur 30 sert de première entrée au bloc diviseur 27 et reçoit le signal électricue correspondant à lVintensi- té des neutrons cosmiques ayant traversé le sol, et l'entrée 35 du diviseur 70 sert de deuxième entrée au

bloc diviseur 27 et réçoit le signal électrique corres-

pondant à l'intensité des neutrons cosmiques ayant tra-

versé la couche de neige, ce diviseur 30 effectuant la division du signal appliqué à l'entrée 34 par le signal apDliqué à l'entrée 35. L'entréze 36 du diviseur 31 est raccordée à l'entrée 35 du diviseur 30 et l'entrée 37 du diviseur 31 sert de troisième entrée au bloc diviseur 27

et reçoit le signal électrique correspondant à l'intensi-

té du flux direct de neutrons cosmiques, le diviseur 31 effectuant la division du signal aopliqué à l'entrée 36

par le signal appliqué à l'entrée 37. L'entrée 38 du divi-

seur 32 sert de quatrième entrée au bloc diviseur 27 et reçoit le sijnal électricue correspondant à l'intensité des quanta gamma ambiants dus au sol, et l'entrée 39 du diviseur 32 est raccordée à l'entrée 37 du diviseur 31, le diviseur 32 effectuant la division du signal appliqué

à l'entrée 38 par le signal appliqué à l'entrée 39. L'en-

trée 40 du diviseur 33 sert de cinquième entrée au bloc diviseur 27 et reçoit le signal électrique correspondant à l'intensité des quanta gamma ambia:ts dus à la couche végétale, et l'entrée 41 du diviseur 33 est raccordée à l'entrée 3D, du diviseur 32, le diviseur 23 effectuant

la division du signal appliqué à l'entrée 40 Dar le si-

gnal appliqué à l'entrée 41.

Dans la version considérée, le convertisseur non li-

néaire 28 comporte une première mémoire 42 dans laquelle

est inscrite la relation d'étalonnage humus du sol - inten-

sité des neutrons cosmiques ayant traversé le sol l'entrée

de cette mémoire servant de première entrée au conver-

- 15 -

tisseur non linéaire 28 recevant le signal depuis le di-

viseur 32, et la sortie de la mémoire 42 est raccordée à l'entrée 43 d'un multiplicateur 44 dont l'entrée 45 sert de deuxième entrée au convertisseur non linéaire 28 à laquelle est appliqué le signal venant du diviseur 50. Le convertisseur non linéaire 28 comporte aussi une

mémoire 46 dans laquelle est inscrite la relation d'éta-

lonnage masse biologique de la couche de v-gétation-

intensité des neutrons cosmiques ayant traversé la couche de végétation, l'entrée de cette mémoire servant de

troisième entrée au convertisseur non linéaire 28 à la-

quelle le signal venant du diviseur 33 est appliqué, la sortie de la mémoire 46 étant raccordée à l'entrée 47 d' un multiplicateur 48 dont l'entrée 49 sert de quatrième

entrée au convertisseur non linéaire 28 recevant le si-

gnal venant de la sortie du diviseur 31.

La sortie du nultiplicateur 44 est raccordée à l'en-

trée d'une mémoire 50 dans laquelle est inscrite la rela-

tion d'étalonnage humidité du sol - intensité relative des reutrons cosmiques ayant traversé le sol tenant compte de l'humus, la sortie de cette mémoire servant de sortie

au convertisseur non linéaire 28. La sortie du multipli-

cateur 48 est raccordée à l'entrée d'une mémoire 51 dans laquelle est inscrite la relation d'étalonnage, tenant comote de la masse biologique, équivalent liquide de la

couche de neige - intensité relative des neutrons cos-

miques ayant traversé la couche de r.eige la sortie de

cette mémoire servant de sortie au convertisseur non li-

néaire 28.

Le dispositif réalisé selon le mode ci-dessus décrit

permet de mesurer simultanément l'humidité du sol et l'é-

quivalent liquide de la couche de neige, mais il néces-

site que la lecture des informations fournies par les en-

registreurs 7, 11, 15, 22, 26 (fig. 2), 29-(fig. 3)

soit faite par un opérateur directement sur le terrain.

Cela n'est pas cependant toujours commode, surtout lorsque

- 16 -2646915

- 16 -

le terrain a contr8ler est difficilement accessible pour

la collecte régulière des informations. De ce fait, le dis-

positif selon l'invention peut etre réalisé de façon que les informations soient transmises à distance. A cet effet il est doté d'un bloc 52 (fig. 4) d'accumulation, de sto- ckage et de transmission des informations, qui comprend

les compteurs 5, 9, 13, 20, 24 d'impulsions dont les sor-

ties sont branchees sur un enregistreur universel 53 et

dont les entrees de com.mande sont branchées sur une mi-

nuterie commune 54. Dans ce mode de réalisation l'enregis-

treur 53 comprend un registre a decalage 55 dont les ent-

reeâ d'informations sont branchées sur les sorties des compteurs 5, 9,13, 20, 24 d'impulsions et l'entrée de commande, sur la sortie d'une bascule de commande 56

qui est branchée sur les entrées d'un compteur d'impul-

sions d'horloge 57 et d'un compteur de lignes 58.

La minuterie 54 est également reliée aux entrées de déclenchement d'une bascule de commande 56, du compteur

d'impulsions d'horloge 57 et du compteur de lignes 58.

La sortie d'horloge de la minuterie 54 est branchee sur

l'entrée de comptage du compteur de lignes 58 dont la sor-

tie est reliée a l'entrée d'un modulateur de fréquence 59 dont l'entrée d'information est branchee sur la sortie du registre a décalage 55 et l'entrée d'horloge, sur la

sortie d'horloge de la minuterie 54. La sortie du comp-

teur d'impulsions d'horloge 57 est branchée sur l'entrée de remise a zéro de la bascule de commande 56. La sortie du modulateur de fréquence 59 servant de sortie du bloc 52 d'accumulation, de stockage et de transmission

d'information, est branchée sur un poste radio 60.

Un centre de réception 61 comprend un poste radio 62 dont la sortie est branchée sur l'entrée du bloc diviseur 27 d'un démodulateur 63 dont la sortie est reliée a l'entrée du convertisseur non linéaire 28. L'entréesortie

du convertisseur non linéaire 28 est branchée sur l'entrée-

- 17 -

- sortie d'un dispositif 64 d'entrée-sortie d'information, d'un visuel par exemple, et la sortie d'information, sur un

porteur d'information extérieur 65.

Les détecteurs 1, 2, 16 de neutrons cosmiques et les détecteurs 3, 18 de quanta gamma du rayonnement ambiant utilisés dans les modes de réalisation ci-dessus décrits

sont les modes de réalisation connus. Par exemple, le pre-

zier et le deuxième détecteurs 1, 16 de neutrons coasicues compxennent chacun un compteur de neutrons enlermé dans une couche de matière hydrogénifère dont l'épaisseur de

masse en g/cm2 est choisie de manière à obtenir la sen-

sibilité maximale du compteur de neutrons. Le détecteur 16

est uoté d'un socle 17 en matière hydrogénifère dont l'é-

paisseur de masse est choisie de manière à réfléchir les

neutrons d'albédo émis par le sol.

Le deuxième détecteur 2 de neutrons cosmiques se com-

pose a'un compteur de neutrons enfermé dans trois couches.

La première couche, la plus proche du cmcnpteur de neu-

trons, sert de ralentisseur de neutrons et est réalisée comme ci-dessus indiquée. La deuxième couche servant de générateur de neutrons est en plomb et son épaisseur est choisie de manière à obtenir le nombre maximal de neutrons générés. La troisième couche servant de réflecteur est en

matière hydrogénifère dont l'épaisseur est choisie de ma-

nièze à réfléchir en direction du compteur les neutrons gé-

nérés par la deuxième couche et à réduire au minimum la sensibilité aux neutrons d'albédo du sol et aux neutrons

à faible énergie de l'atmosphère.

Le détecteur de quanta gamma 3 du rayonnement ambiant du sol est réalisé suivant le mode connu et placé dans un collimateur en plomb orienté verticalement vers le bas, ce qui permet de neutraliser les effets de la masse biologique de la couche de végétation sur les indications du détecteur

de quanta gamma 3.

Le détecteur de quanta gamma 18 du rayonnement ambiant

de la couche de végétation est réalisé selon le mode ana-

- 18 -

logue au détecteur 3 et placé dans un collimateur en plomb

orienté verticalement vers le haut, ce qui permet de neu-

traliser l'influence de l'humus du sol sur les indications

du détecteur 18 de quanta gamma 18.

Le fonctionnement du dispositif pour la mesure de l'hu- midité du sol et de l'équivalent liquide de la couche de

neige est le suivant.

Le détecteur de neutrons cosmiques 1 (figure 1) en-

foui dans le sol à une profondeur h1 enregistre les neu-

trons cosmiques ayant traversé le sol. En même temps le dé-

tecteur de neutrons cosmiques 2 placé à une hauteur h2

au-dessus du sol enregistre les neutrons du flux de neu-

trons direct incident de l'atmosphère, c'est-à-dire qu'il enregistre les variations du flux primaire de rayonnement cosmique qui ne dépendent pas de l'humidité du sol, de l'équivalent liquide de la couche de neige, ni de l'humus

du sol, ni de la masse biologique de la couche de végéta-

tion. Le détecteur 3 de quanta gamma du rayonnement ambi-

ant du sol enregistre, en même temps que les détecteurs 1,2, les quanta gamma émis par le carbone de l'humus du sol sous l'effet du rayonnement cosmique. Les impulsions délivrées par les sorties des détecteurs 1, 2, 3 arrivent aux entrées des blocs respectifs 4, 8, 12 de séparation des impulsions de l'amplitude prédéterminée. Les blocs 4, 8 de séparation

d'impulsions ne laissent passer que les impulsions corres-

pondant aux neutrons cosmiques et empêchent le passage des

impulsions de plus faible amplitude provoquées par le fonc-

tionnement des détecteurs 1, 2 sous l'effet des quanta gamma, des électrons et des muons. Par conséquent, le bloc 12

de séparation d'impulsions ne laisse pas passer les impul-

sions provoquées par le fonctionnement du détecteur 3 de quanta gamma sous l'effet de l'interaction des éléments du

sol (sauf le carbone) avec le rayonnement cosmique. Les im-

pulsions délivrées par les sorties des blocs 4, 8, 12 de

séparation d'impulsions s'apDliquent aux entrées des comp-

teurs d'impulsions 5, 9, 13, espectivement. Le temps d'ex-

- 19 -

position des compteurs 5, 9, 13 est fixé par les minute-

ries 6, 10, 14. Les totaux d'impulsions provenant des détec-

teurs 1, 2, 3 sont enregistrés par les enregistreurs 7, 11, , respectivement. En partant des totaux mesurés d'impulsions provenant des détecteurs 1, 2, 3 on détermine les intensités Il, 12 de neutrons cosmiques et l'intensité 13 des quanta ganma du rayonnement ambiant pendan: l'exposition. En se servant des relations d'étalonnage théoriques et expérimentales caractérisant l'intensité relative 11/I2 en fonction de

l'humidité W du sol et l'intensité relative I3/12 en fonc-

tion de l'humus G du sol, et du coefficient de correction k destiné à tenir compte de l'influence de l'humus G sur l'intensité Il, on déterine l'humidité È: du sol, compte

te:u de l'humus, en l'absence de la couche de neige.

En utilisant les relations d'étalonnage théoriques et expérimentales caractérisant l'intensité relative I1/I2 en fonction de l'écuivalent liquide P de la couche de

neige, d'après le rapport 11/i2 obtenu, on détermine l'é-

quivalent liquide P de la couche de neige.

Le dispositif réalisé selon le mode représenté sur la

figure 2 fonctionne de la manière analogue, sauf que le dé-

tecteur de neutrons cosmiques 16 (fieure 2) doté d'un socle 17 en matière hydrogénifère enregistre les neutrons cosmiques ayant traversé la couche de neige. Le détecteur 18 de quanta gamma du rayonnement ambiant de la couche de végétation enregistre, en même temps que les détecteurs 1, 2, 3, 16, les quanta gamma émis par le carbone de la masse

biologique de la couche de végétation sous l'effet du rayon-

nement cosmique. Les impulsions délivrées par les sorties

des détecteurs 16, 18 arrivent aux entrées des blocs res-

pectifs 19 et 23 de séparation des impulsions de l'ampli-

tude prédéterminée. Le bloc 19 ne laisse passer que les

impulsions correspondant aux neutrons du rayonnement cosmi-

que et interdit le passage aux impulsions de plus faible am-

plitude provoquées par le fonctionnement du détecteur 16

sous l'action des quanta gamma, des électrons et des muons.

- 20 -

Le bloc de séparation d'impulsions 23 laisse passer les impulsions provoquées par le fonctionnement du détecteur 18 uniquement sous l'effet des quanta gamma provenant de l'interaction de la couche de végétation et du rayonnement cosmique. Les impulsions délivrées par les sorties des blocs de séparation d'impulsions 19, 23 s'applicuent aux

entrées des compteurs 20, 24 respectivement. Le temps d'ex-

position des compteurs 20, 24 est fixé à l'aide des minu-

teries 21, 25. Les totaux des impulsions provenant des détecteurs 16, 18 sont enregistrés par les enregistreurs 22,

26, respectivement.

A partir des totaux mesurés des impulsions provenant des détecteurs 16, 18 on détermine l'intensité I16 des neutrons cosmicues et l'intensité I18 des quanta gamma du rayonnement ambiant pendant l'exposition. En se servant des relations d'étalonnage théoriques et expérimentales caractérisant l'inte-sité relative I,6/I2 en fonction de l'équivalent liquide ' de la neige et l'intensité relative I1/I2 en fonction de la masse bioloEicue Q de la couche de végétation, et du coefficient de correction kb destiné à tenir compte de l'influence de la masse biologique Q sur l'intensité I16, on évalue l'équivalent liquide.2 de la couche de neige, compte tenu de la masse biologique Q de

la couche de végétation.

En se servant des relations étalons théoriques et ex-

périmentales caractérisant-l'intensité relative 11/116 en fonction de l'humidité Wi du sol et l'intensité relative I3/I2 en fonction de l'humus G du sol, et du coefficient de correction kg destiné à tenir compte de l'influence de l'humus G sur l'intensité I1, on 6-value l'humidité Wt du sol, compte tenu de l'humus G du sol en presence de la

couche de neige.

Le fonctionnement du dispositif conforme à la version représentée sur la figure 3 est essentiellement analogue au fonctionnement décrit ci-dessus. La différence réside dans ce qui suit. D'après les intensités mésurées I1, I16, I2,

- 21 -

13, I18 arrivant respectivement à la première, à la deu-

xième, à la troisième, à la quatrième et à la cinquième

entrées du bloc diviseur 27 sous la formoe de signaux éle-

ctriques, on a évaluées dans les diviseurs 30, 31, 32, 33 les intensités relatives I1/I16, 116/12 des neutrons cos- miques ayant traversé respectivement le sol et l couche de neige, et les intensités relatives I3/I2, I18/I2 des cuanta gamma ambiants dus respectivement au sol et à la couche de végétation. D'après les intensités relatives I3/I2i1/i16 118/12, I16/I2, arrivant respectivement à la première, à la deuxième, à la troisième et à la quatrième entrées du convertisseur non linéaire 28, on évalue l'humidité W dL sol et l'équivalent liquide P de la couche de neige. Dans la mémoire 42 du convertisseur

non linéaire 28 il se produit la conversion de l'intensi-

té relative I3/I2 en facteur de correction kg qui va en-

suite au multiplicateur 44 o il est multiplié par l'in-

tensité relative I1/I16. Lans la mc:"oire 50 du convertis-

seur non linéaire 28 il se oroduit la conversion du pro-

cuit kgIj1/I16 en humidité W du sol. Dans la mémoire 46

du convertisseur non linéaire 2B, il est effectué la con-

version de l'inteLsité relative I18/I2 en facteur de cor-

rection kb qui est ensuite dirigé au multiplicateur 48 o il est multiplié par l'intensité relative I16/I2. Le

produit obtenu kbI16/I2 arrive à la émoire 51 du con-

vertisseur non linéaire 2B o il est converti en équiva-

lent liquide ? de la couche de neige. L'humidité W et l'équivalent liquide P sont enregistrés par l'enrégistreur

universel 29.

Lorsque les informations sont transmises à distance, les impulsions provenant des blocs 4, 8, 12, 19, 23 de séparation d'impulsions arrivent aux entrées des compteurs

d'impulsions 5, 9, 13, 20, 24 du bloc 52 (figure 4) d'dc-

cumulation, de stockage et de transmission d'information.

Sur le signal "enregistrement" délivré par la minuterie 54 l'information provenant des sorties des compteurs 5, 9, 13,

- 22 -

, 24 est transcrite dans le registre à décalage 55.

L'information délivrée par la sortie du registre à dé-

calage 55 arrive à l'entrée du modulateur de fréquence 59. Le modulateur de fréquence 59 est un diviseur à taux de division variable. Le taux de division dépend des

sigLaux arrivant à l'entrée du modulateur de fréquence 59.

En manu que fréquence de référence on utilise la fré-

Cuence d'un oscillateur à guartz à 32768 Hz fournie Dar la sortie de la minuterie 54. La sortie de la minuterie

54 délivre les signaux à la fréquence de 32768 Hz à l'er-

trée du modulateur de fréquence 59, les signaux à la fré-

guence de 2 Hz, à l'entrée du compteur de lignes 58 et le signal correspondant au temps d'exposition préréglé,

à l'entrée de déclenchement de la bascule de commande 56.

Le signal "enregistrement" fait fonctionner le bloc 52 au régime de transmission d'information, c'est-à-dire cue la bascule de commande 56 se met en état "un" et

autorise le fonctionnement du compteur d'impulsions dt'or-

loge 57 et du com:teur de lignes 55. Le compteur d'impul-

sions ca'horloge 57 sert à compter les impulsions d'hor-

loge de décalage dtinformamion et est réalisé sous forme

d' un diviseur.

Pour améliorer la fiabilité des informations trans-

mises on a privu la répétition quadruple de la trans-

mission des données. La transmission des données à dis-

tance Dar canaux radio s!effectue à l'aide du poste radio

branché sur le modulateur de fréquence 59. Les infor-

mations sont reçues par le centre de réception 61.

Au centre de réception 61 l'information est traitée

comme suit. Après la réception par le poste radio 62,le dé-

modulateur 63 effectue la démodulation et dans le bloc diviseur 27 sont évalués les rapports I16/I2, I/I,16,

I3/I2, I18/12, kg-I1/I16, kb&I16/I2 qui sont transfor-

més par le convertisseur non linéaire 28, suivant les relations d'étalonnage ci-dessus indiquées, en valeurs

de l'équivalent liquide P de la couche de neige, de l'hu-

26469 1 5

-23 - midité W du sol, de l'humus G et de la masse biologique Q.

L'information est sortie vers le dispositif d'entrée-

-sortie 64 et vers le porteur d'information extérieur 65.

Envisageons l'influence de l'humus du sol et de la masse biologique de la couche de végétation sur la mesure de l'humidité au sol et de l'écquivalent liquide de la couche de neige. Comme le démor.trent les analyses, la composition élémentaire des plantes en état sec à l'air

est le suivant: carbone - 45x, oxygène- 42,o hydrogène -

* 6, 5%, azote - 4,5%, éléments minéraux - 5%. L'humus fait

normalement 80 à cO% de la qu-antité totale de matière or-

gaLique du sol. Il existe une corrélation entre la teneur en carbone de l'hémus et de la masse biologique et leur

teneur en hydrogène.

Grâce à leur teneur en hydrogène, l'humus du sl et la masse biologique de la couche de végétation influent

sur l'intensité mesurée de neutrons cosmiques.

Four une teneur donnée en humus et en masse biologi-

cue, la c.uan.tit d'hàyrogcée qu'ils contiennent est con-

20.ue. La quantité d'humus à une profondeur x peut être décrite approxi:nazive.ent uar 'la relation exp'onentielle

de la forme A(x) = Aoexp(-bx ?), o Ao est la concentra-

tion volumique en humus lasurface du sol pour x = 0,

b esT le coeificient caractérisant le degré de décrois-

sa:.ce d'humus avec la profondeur; p est la masse volu-

mnique du sol. La valeur du coefficient best déterminée

par le type du sol et varie entre 10-2 cm-1 pour les tcher-

nozioms désalcalinisés et 3,10-2 cm-1 pour les sols podzoliques. La réserve d'humus G(x1) entre la surface du sol et une profondeur x1 est dételrminée par l'expression G(X1) = X A(x)dx = Ab eXdx(e P

G(x Affldx = AePx (-

Vu la corrélation qui existe entre la réserve d'humus

et la quantité d'hydrogène qu'il contient, la réserve d'hyd-

-24 - rogène Hg(X1) entre la surface du sol et une profondeur x est déterminée par la relation Hg(x1) = c.G(x1) (2) o c est le coefficient caractérisant la teneur relative en poids de l'humus en hydrogène. L'humidité efficace;(xG) du sol à une profondeur X est nonn6e par la relation (x1) = Hg(x1) + *(x)x (

o w(x) est la teneur relative en poids du sol en humidi-

té; Pour wv(x) = const, À (x1) =Eg(x1) + x), (X4)

o (x1) = * x.

-our une,idité doznne du sol, l'intensité de neutrons I(x1) à la 3zofondeur x1 est donnée par la relation I(x1) = IDexP (- -:1 ' p) (5) o Io = Ix=O; d'n est le coefficient d'affaiblissement des neutrons

éael à 5,4-10-3cm2/g.

Four une quantité donnée d'humus dans le sol, l'in-

tensité de neutrons, comme il ressort des formules (4) et (5), est déterminée par l'expression I'(x1) = Iexp c f.W(x1)] (6)

et diminue de la valeur AI(x1) = I(x1) - I'(x1).

Le coefficient de correction k destiné à ternir g compte de la présence de l'humus dans le sol est calculé comme suit:

- 25 -

I (X)()

k (x) g) kg(X) =!T - exp ['n Hg(x)] (7) Donc, après avoir mesuré l'humus du sol on peut corriger de manière univoque la mesure de l'humidité du sol. On procède de fa;on analogue pour déterminer le coefficient de correction kb destiné à tenir compte de la masse biologique de la couche de végétation pendant

les mesures de l'équivalent liquide de la couche de neige.

Il est toutefois à signaler que pour une teneur déterminée en hydrogène de la masse biologique la quantité d'eau d'une matière augmente également grace à l'humidité des plantes elles-mêmes. Il existe une corrélation entre la réserve de carbone et la réserve d'eau des plantes assurant leur activité normale. Donc en mesurant la masse biologique des plantes on pent évaluer la réserve Hb d'hydrogène dans les plantes, ce qui permet de corriger les mesures de l'humidité du sol et de l'équivalent licuide de la couche de neige à l'aide de l'expression kb = exp (nHb) (8)

úour mieux comDrecdre le fonctionnement du disposi-

tif pour la mesure de l'humidité du sol et de l'équivalent liquide de la couche de neige, la fi-ure 5a représente un

diagramme de variation de l'intensité I de neutrons cos-

miques en unités relatives (axe des ordonnées) en fonc-

tion de l'humidité W du sol en % (axe des abscisses) sous

forme d'une courbe 66 pour une profondeur x d'enfouisse-

ment du détecteur de neutrons dans un sol de masse volu-

mique p, à laquelle correspond la valeur x p =20 g/cm2, d'une courbe 67 pour une profondeur x à laquelle correspond la valeur x.p= 50 g/cm2 et d'une courbe 68 pour une profondeur x à laquelle correspond la valeur x. p= 80 g/cm2, alors que la figure 5b représente

- 26 -

un diagramme de l'incensité I de neutrons cosmiques en

unités relatives (axe des ordonnées) en fonction de l'é-

cuivalent liquide P de la couche de neige en g/cm2 (axe

des abscisses) sous forme d'une courbe 69.

Exemple.

Le détecteur 1 est enfoui dans le sol à une profon-

deur xi à laquelle correspond x.P= 50 g/cm2; pour ce sol b = 0,01 cm -. Alors Ao Hg(x1) _ [1 - exp(-X b.?)] La valeur de Ao est calculée à l'aide de l'expression = (0,1 - 0,15) p. En adoptant p = 1,5 g/cm3 et Ao = 0,15, on a

Hg(x1) '53 g/cm2. Alors kg(X1) - 1,33.

En adoptant I1/"6 = 0,3 conformément à la courbe 67 (figure 5a), on obtient une humidité WS du sol égale à 19%. ApDiès avoir corrigé I1/I1 de la valeur k.(Xl), on trouve que /I1-6 = 0,4 et W - 9,5% Analysons le cas, o l'on prend en considération

la masse biologique de la couche de végétation à condi-

tion que celle-ci s:it homogène et d'une masse volumique = 1 g/cm3. Le rapport pondàral de l'hy-rogène est d'environ 50% conformément à l'expression Q Hb = 2. Pour une hauteur h = 100 cm de la couche de végétation, on a Hb = 50 g/cm2. Il ressort de (8) que

kb - 1,31.-

En adoptant I16/12 = 0,3 et conformément à la courbe 69 (figure 5b) l'équivalent liquide P de la couche de neige est de 10 cm. Après avoir corrigé 116/I2 de la

valeur de kb, on obtient I16/I2 = 0,4 et P = 8 cm d'équi-

-27 -

valent d'eau.

Ainsi donc, le dispositif pour la mesure de l'humi-

dité du sol et de l'équivalent liquide de la couche de neige permet de mesurer simultanément et séparément et avec une grande précision l'humiditb d-u sol et l'équi- valernt liquide de la cDuche de neige, en tenant compte de l'humus du sol et de la masse biologique de la couche

ae véég tation.

264691-5

- 28 -

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif oour la mesure de l'humidité du sol

et de l'équivalent liquide de la couche de neige compre-

nant, enfoui à une profondeur prédéterminée (h1) dans le sol, un poemier détecteur (1) de neutrons cosmiques

ayant traversé le sol et un deuxième détecteur de neu-

trons cosmiques (2) placé au-dessus du sol, à une hauteur (h2) dépassant l'épaisseur maximale de la couche de neige ou de la couche de végétation et à une distance (t1) du premier détecteur de neutrons cosmiques (1) ne dépassant pas le parcours d'absorption de neutrons thermiques dans

l'atmosphère, chacun de ces détecteurs étant électrique-

ment relié à son propre bloc (4, 8) de séparation des im-

pulsions de l'amplitude prédéterminée et à son propre com-

pteur d'imDulsions 5, c) montes en série, l'entrée de com-

mande du compteur (5,) étant reliée à une minuterie (6,

) et la sortie, à un enregistreu_ (7, 11), c a r a c -

t é r i s é en ce qu'il comprend un détecteur (3) de quanta gamma du rayonnement ambiant du sol, placé à une distance ( 2) du premier détecteur de neutrons cosmiques (1) ne dépassant pas le parcours d'absorption des quanta

gamma d.ans le sol, un bloc supplémentaire (12) de sépara-

tion des impulsions de l'amplitude pr-édterminée dont l'entrée est électriquement reliée au détecteur (3) de quanta gamma du rayonnement ambiant du sol, un compteur

d'impulsions (13) supplémentaire dont l'entrée est bran-

chée sur la sortie du bloc supplémentaire (12) de sépara-

tion des impulsions de l'amplitude prédéterminée une minu-

terie supplémentaire (14) branchée sur l'entrée de commande

du compteur d'impulsions (13) supplémentaire et un enre-

gistreur supplémentaire (15) auquel est reliée la sortie

du compteur (13) d'impulsions supplémentaire.

2. Dispositif pour la mesure de l'humidité du sol selon la revendication 1, c a i a c t é x i s é en ce que, lorsqu'il y a une couche de neige au sol, il comprend un détecteur supplémentaire (16) de neutrons cosmiques ayant -29 - traversé la couche de neige doté d'un socle (17) en matière hydrogénifère et placé par ce socle (17) à la surface du sol, à une distance ( J3, e4) du premier (1) et du deuxième (2) détecteurs de neutrons cosmiques, ne dépassant pas le parcours d'absorption des neutrons

thermiques dans l'atmosphère, et un détecteur supplémen-

taire (18) de quanta gamma du rayonnement ambiant de la couche de végétation placé à la surface du sol, à une distance (5) du détecteur supplémentaire de neutrons

cosmiques (16), ne dépassant pas le parcours d'absorp-

tion des quanta gamma dans la couche de végétation et,

en outre, deux blocs supplémentaires (19, 23) de sépara-

tion des impulsions de l'amplitude prédéterminée dont l'un est électriquement relié au détecteur de neutrons cosmiques supplémentaire (16) et l'autre, au détecteur

supplémentaire (18) de quanta gamma du rayonnement ambi-

ant de la couche de végétation, deux compteurs d'impul-

sions supplémentaires (20, 24) dont chacun est branché par son entrée sur la sortie du bloc supplémentaire

respectif (1C, 23) de séparation des impulsions de l'am-

plitude prédéterminée, deux minuteries supplémentaires

(21, 25) dont chacune est branchée sur l'entrée de com-

mande du compteur d'impulsions supplémentaire respectif (20, 24) et deux enregistreurs supplémentaires (22, 26)

dont chacun est relié à la sortie du comnteur d'imDul-

sions supplémentaire respectif (20, 24).

3. Dispositif de mesure de l'humidité du sol selon la revex.dication 2, c a r a c t é r i s é en ce qu'il

comporte a:ditionnellement, mis en strie, un bloc divi-

seur (27) les signaux électriques en sortie de celui-ci

correspondent aux intensités relatives des neutrons cos-

miques ayant traversé le sol et la couche de neige, et des quanta gamma ambiants dus au sol et à la couche de végétation, les entrées de celui-ci étant liées aux sorties

des compteurs d'impulsions (5, 9, 13, 20, 24), et un con-

vertisseur non linéaire (28) des signaux électriques,

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correspondant aux intensités relatives des neutrons cosmi-

ques ayant traversé le sol et la couche de neige et des

quanta gamma ambiants dus au sol et à la couche de végé-

tation, en signaux électriques correspondant à l'humidité du sol et à l'équivalent liquide de la couche de neige, les enregistreurs (7, 11, 15, 22, 26) étant réurn.s en un

enrégistreur universel (2c) et les sorties du convertis-

seur non linéaire (28) de si-naux électriques étant rac-

cordées aux entrées de l'ene;istreur universel (2').

4. DisDositif pour la mesure de l'humidité du sol selon la revendication 3, c a x a c t é r i s é en ce,

que le convertisseur non linéaire (28) des signaux élec-

triques, correspondant aux intensités relatives des neu-

trons cosmiques ayant traversé le sol et la couche de neige et des quanta gamma ambiants dus au sol et à la

couche de végétation, en signaux électriques correspon-

dart à l'humidité du sol et à l'vcuivalent liquide de la couche de neige, comDorte: une premirze mémoire (42) dans

laquelle est inscrite une relation -'étalonnage carac-

tarisant l'intensité relative des neutrons cosmiques ayant traversé le sol en fonction de l'humus du sol à

l'entrée de laquelle arrive le signal électrique corres-

pondant à l'intensité relative des quanta gamma ambiants dus au sol; un premier multiplicateur (44) dont l'une des entrées -est raccordée à la sortie de ladite première mémoire (42) et dont une autre entrée reçoit le signal

électrique correspondant à l'intensité relative des neu-

trons cosmiques ayant traversé le sol; une deuxième mé-

moire (46) rernfermant, inscrite, la relation d'étalonnage caractérisant l'intensité des neutrons cosmiques ayant traversé la couche de végétation en fonction de la masse biologique de cette couche, cette mémoire (46) recevant à son entrée le signal électrique correspondant à l'intensité

relative des quanta gamma ambiants dus à la couche de végé-

tation; un deuxième multiplicateur (48) dont l'une des

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entrées est raccordée à la sortie de la deuxième mémoire

(46) et dont une autre entrée reçoit le signal électri-

que correspondant à l'intensitéa.elative des neutrons

cosmiques ayant traversé la couche de neige; une troi-

sième mémoire (50) dans laquelle est inscrite la re- lation d'étalonnage caract-zisant l'intensité relative des neutrons cosmiques ayant traversé le sol en fonction de l'humidité du sol, corrigée de façon à tenir compte

de l'humus, dont l'entrée est raccordée à la sor-

tie du premier multiplicateur (44), et une quatrième mémoire (51) dans laquelle est inscrite la relation d'étalonna"e caractérisant l'intensité relative des neutrons cosmiques ayant traversé la couche de neige en fonction de l'équivalent liquide de la couche de

neige, corrigée de façon à tenir compte de la masse bio-

logique, dont l'entrée est raccordée à la sortie

du deuxième multiplicateur (48).