FR2820509A1

FR2820509A1 - Methode de traitement des mesures de resistivite electrique georeferencees pour la cartographie electrique des sols en temps reel

Info

Publication number: FR2820509A1
Application number: FR0101655A
Authority: FR
Inventors: Michel Dabas; Jeanne Tabbagh; Sebastien Flageul
Original assignee: Universite Pierre et Marie Curie Paris 6
Current assignee: Universite Pierre et Marie Curie Paris 6
Priority date: 2001-02-07
Filing date: 2001-02-07
Publication date: 2002-08-09
Anticipated expiration: 2021-02-07
Also published as: WO2002063344A1; EP1360526A1; US20040158403A1; FR2820509B1; CA2437625A1

Abstract

L'invention concerne une méthode de mesure de résistivité électrique géoréférencée pour la cartographie électrique des sols. La zone d'un sol à cartographier est découpée en un réseau fin de points. Selon l'invention, on obtient par des moyens de mesure n paramètres (n étant au moins égal à 3) caractérisant la résistivité électrique en un point donné en n profondeurs différentes. On acquière également par des moyens de positionnement et pour un nombre k de points mesurés, une mesure de positionnement absolu et k mesures de déplacement relatif. On envoie alors les trois ensembles de mesures obtenues sur un microcontrôleur qui synchronise les acquisitions. On traite numériquement et en temps réel les données envoyées par le microcontrôleur sur un ordinateur. On visualise enfin simultanément et en temps réel sur deux fenêtres d'affichage différentes, un profil montrant les variations séquentielles pour une profondeur donnée de la résistivité du sol à travers la zone étudiée et une carte montrant le positionnement des moyens de mesure.Applications possibles dans l'Agriculture de précision (A. P. ) et la prospection de sites archéologiques.

Description

Depuis quelques années, émerge une nouvelle approche de l'agriculture, l'Agriculture de Précision. Cette approche repose sur une adéquation des traitements agricoles aux conditions locales du milieu.

Cette approche répond non seulement à une recherche de maximisation des rendements des sols cultivés et de réduction des coûts mais également à un respect plus exigeant de l'environnement et donc à une utilisation plus parcimonieuse des doses d'intrants employées (semences, fertilisants, produits phytosanitaires).

En vue d'une optimisation du rendement des sols cultivés, il est important de connaître à la fois la texture d'un sol donné ou la taille des particules constitutives de ce sol et la profondeur de sol superficiel cultivable. Ainsi, un taux d'argile élevé, une salinité importante peuvent affecter le rendement d'une parcelle. Il est donc bénéfique d'effectuer une reconnaissance des sols d'une parcelle agricole et d'en établir les zones homogènes. Un traitement spécifique et approprié pourra alors être établi pour une zone donnée afin d'en maximiser le rendement.

Une méthode consiste alors à effectuer des mesures directes, i. e. des sondages à la tarière et creusement de fosses. Outre l'aspect ponctuel de telles mesures, elles présentent le désavantage d'être destructives, coûteuses et de modifier la structure de la zone étudiée après sondage (effet irréversible). Ce type de mesure ne permet pas l'établissement d'une cartographie fiable et suffisamment détaillée des zones homogènes d'une parcelle agricole pour l'Agriculture de Précision.

Une autre méthode consiste à utiliser les données fournies par des moyens aéroportés ou satellitaires. Cependant, ces données correspondent à des étendues minimales de terrains bien supérieures aux dimensions courantes des parcelles agricoles en Europe. Elles ne sont donc pas exploitables pour l'Agriculture de Précision qui requiert une précision de la connaissance spatiale des sols de l'ordre de dix mètres.

On connaît par ailleurs une méthode visant à définir les zones homogènes par un système de mesure de la résistivité électrique des sols décrit notamment dans une communication par Dabas et al. [Société des
Electriciens et des Electroniciens-Le 05 Février 1987], dans un article de
Panissod et al. [Geophysical Prospecting ; 45 (1997) 983] et dans le brevet US-5,841, 282. Cette mesure physique directe est corrélée aux

propriétés et à la structure des sols mesurés (porosité, ressources en eau, taux d'argile,...) et permet donc de définir les zones homogènes d'une parcelle. Ces mesures se font de manière continue en injectant un courant dans le sol et en mesurant le potentiel résultant grâce à d'autres électrodes en contacts avec le sol à caractériser. Ces mesures sont géoréférencées de manière absolue (GPS). Ce système de mesure souffre, cependant, d'un double désavantage. Les mesures enregistrées par ledit système ne sont pas traitées et par conséquent visualisables en temps réel par un ordinateur embarqué. Les mesures sont enregistrées puis traitées à un temps ultérieur à la mesure de la parcelle agricole. Il n'est donc pas possible, par exemple, de coupler ce système de mesure à des moyens d'épandage et d'adapter en temps réel la dose d'intrants nécessaire à une zone spécifique à traiter.

L'objectif de la présente invention est donc de proposer une méthode de traitement des mesures de résistivité électrique géoréférencées pour la cartographie électrique des sols en temps réel.

Cette méthode simple dans sa conception et dans sa mise en oeuvre devrait permettre, outre une avancée technique, un abaissement sensible des coûts liés à la cartographie des sols. Il devrait en résulter une pratique beaucoup plus étendue de l'Agriculture de Précision dans le monde agricole avec ses bénéfices inhérents pour l'environnement.

A cet effet, l'invention concerne une méthode de traitement de mesures de résistivité électrique géoréférencées pour la cartographie électrique des sols dans laquelle : - on découpe la zone d'un sol à cartographier en un réseau de points défini par la répétition d'une même maille élémentaire,

- on déplace des moyens de mesure dans la zone à cartographier, - on acquiert de manière continue au cours du déplacement des moyens de mesure, au moins une mesure de résistivité électrique en chaque point, - on utilise des moyens de positionnement pour référencer géographiquement et de manière absolue la mesure associée à chaque point, - on traite numériquement les données enregistrées,

- on visualise une carte montrant les variations pour une profondeur donnée de la résistivité électrique du sol.

Selon l'invention, - on enregistre la résistivité électrique pour chaque point en n profondeurs différentes, n étant au moins égal à 3, - on acquiert également par lesdits moyens de positionnement et pour chaque point mesuré une mesure de déplacement relatif par rapport au point précédent, - on envoie les trois ensembles de mesures obtenues sur un microcontrôleur qui synchronise les acquisitions,
Dans différents modes de réalisation particuliers ayant chacun ses avantages particuliers et susceptibles de nombreuses combinaisons techniques possibles : * on traite numériquement et en temps réel les données envoyées par le microcontrôleur sur un ordinateur, * on visualise simultanément et en temps réel sur deux fenêtres d'affichage différentes, un profil montrant les variations séquentielles pour une profondeur donnée de la résistivité du sol à travers la zone étudiée et une carte montrant le positionnement des moyens de mesure, * on définit avant de collecter lesdites mesures, l'échelle de la carte de la seconde fenêtre d'affichage, en effectuant un tour de repérage de la zone à cartographier, lequel est enregistré sur l'ordinateur par une procédure programmée particulière, on utilise un système de guidage pour contrôler le déplacement des moyens de mesure des déplacements relatifs, de résistivité électrique et de positionnement absolu entre les points, * on obtient la mesure des déplacements relatifs par un radar doppler,

* on obtient la mesure des déplacements relatifs par un codeur incrémental, * on obtient la mesure des déplacements relatifs par un système capable de délivrer des impulsions TTL en fonction du déplacement des moyens de mesure,

on traite statistiquement au niveau de l'ordinateur les ensembles de mesures de résistivité et de mesures de positionnement relatif entre deux coordonnées absolues pour éliminer les valeurs de résistivité erronées et affiner les mesures de positionnement.

L'invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique des étapes successives a), b), c), d) et e) conduisant à la visualisation d'une carte des mesures de résistivité et de positionnement et à son stockage, selon l'invention ; - la figure 2 est une carte présentant le cheminement des moyens de mesure sur une parcelle de sols particulière ;

- la figure 3 est un assemblage de cartes de résistivités électriques obtenues pour un ensemble de parcelles de sols comprenant la parcelle, objet de la figure 2 ; - la figure 4 montre un exemple type de fenêtres d'affichage en temps réel : un profil montrant les variations séquentielles pour une profondeur donnée de la résistivité du sol à travers la zone étudiée et une carte montrant le positionnement des moyens de mesure.

La première étape de la méthode représentée sur la figure 1, consiste en l'acquisition d'un ensemble de mesures en des points donnés d'une parcelle de sols à cartographier. Ces points sont définis par la répétition d'une même maille élémentaire découpant ainsi la zone de cette parcelle en un réseau de points. Ledit réseau de points est donc défini comme une disposition régulière de points dans le plan de la surface de la parcelle de sols. Chaque point étant relié à un autre dans une direction donnée par la longueur de la maille élémentaire et dans une direction perpendiculaire à celle-ci, par la largeur de ladite maille élémentaire. Les dimensions de la maille élémentaire dans le plan de la surface sont typiquement de 0.1 m sur 8 m. Cependant, la longueur de cette maille, ou pas d'échantillonnage, peut être ramenée à quelques centimètres dans le sens de déplacement des moyens de mesure.

Le réseau de points étant défini, on déplace des moyens de mesure dans la zone à cartographier. On acquiert alors de manière continue au cours du déplacement des moyens de mesure, n mesures de résistivité

électrique en chaque point. On entend par mesure de résistivité, soit une mesure de résistivité galvanique, soit une mesure de résistivité électrostatique. Les moyens de mesure actuels comprennent un résistivimètre tracté à courant alternatif composé de k essieux articulés. Un quad peut, par exemple, être mis en oeuvre pour tracter les moyens de mesure. On entend par"quad", une moto à quatre roues de cylindrée inférieure à 500 cm3. Un des essieux permet l'injection d'un courant régulé dans le sol alors que les n autres essieux mesurent les potentiels résultants grâce à des électrodes-roues. Les dimensions et l'emplacement respectifs desdits essieux, et par conséquent la structure même des moyens de mesure, assurent la mesure de la résistivité pour un point donné en n profondeurs différentes. La valeur de n est supérieure à 3. La valeur du courant injecté varie en fonction de la nature des sols étudiés mais se situe entre 0,1 et 20 mA.

Les mesures de résistivité électrique sont géoréférencées. A chaque mesure de résistivité, est donc associé un couple de coordonnées permettant de repérer géographiquement ladite mesure dans le plan de la surface de la parcelle de sols à cartographier. Ces mesures de résistivité sont en effet déclenchées par une mesure de la position relative des moyens de mesure audit point. Cette mesure de position relative peut être réalisée par un radar doppler, un codeur incrémental ou tout système capable de délivrer des impulsions, de préférence TTL, en fonction du déplacement du véhicule. Cette mesure de position relative est de plus couplée à mie mesure de position absolue. Le système absolu est un GPS, différentiel ou pas. Les systèmes de positionnement absolu actuels permettent l'acquisition de mesures toutes les secondes environs. En fonction de la vitesse de déplacement des moyens de mesure, le système de positionnement relatif fournit plus de mesures que le système de positionnement absolu. Dans un mode de réalisation présenté en Figure 2, dix mesures relatives sont obtenues entre l'acquisition de deux mesures absolues. L'acquisition de mesures de résistivité électrique étant déclenchée par une mesure de la position relative, le nombre de mesures de résistivité est ainsi plus important.

Les trois entrées de base du système, obtenues de manière synchrone, correspondent donc aux acquisitions des tensions sur les n

voies de potentiel, les acquisitions de mesures de positionnement relatif et enfin, les acquisitions de mesures de positionnement absolu.

Ces entrées sont traitées par un micro-contrôleur (étape 2, Fig. 1 b)) de manière synchrone.

Les données sont ensuite envoyées en temps réel par le microcontrôleur sur un ordinateur (étape 3, Fig. 1 c)). Elles sont ensuite traitées numériquement par un logiciel. On effectue aussi un traitement statistique des différents ensembles de mesures entre deux coordonnées absolues. Le suréchantillonage des mesures de résistivité et de positionnement relatif par rapport aux mesures de positionnement absolu autorise ce traitement. Les valeurs de résistivité erronées résultant, par exemple, de la perte de contact d'une des électrodes avec le sol sont ainsi éliminées. Les mesures de positionnement sont également affinées. Dans un mode de réalisation préférée, l'algorithme de la médiane est mis en oeuvre pour sa rapidité d'exécution et pour la finesse de contrôle du seuil au-delà duquel les données sont rejetées.

Le logiciel permet de visualiser (étape 4, Fig. 1 d)) simultanément et en temps réel sur deux fenêtres d'affichage différentes (Fig. 4), une première séquence montrant les variations pour une profondeur donnée de la résistivité du sol le long de la zone étudiée et une seconde fenêtre montrant le positionnement des points de mesure. Le contrôle direct de ces mesures par visualisation permet d'apprécier la validité des mesures.

Une procédure particulière a été programmée afin de déterminer l'échelle de la parcelle et donc de pouvoir fixer les dimensions de la fenêtre représentant visuellement l'emplacement des moyens de mesure (seconde fenêtre). Cette procédure particulière nécessite la réalisation d'un tour de repérage préalablement à l'acquisition de toute mesure. Ce tour consiste en un déplacement continu des moyens de mesure. Le tour de repérage est aussi l'occasion d'évaluer le domaine de variation de la résistivité. Dans un mode de réalisation préférée, la fenêtre de positionnement permet de visualiser les positions dans le système Lambert français après conversion des mesures de positionnement absolu (coordonnées satellitales).

Les premiers graphiques permettent de visualiser directement les mesures de résistivités en fonction du déplacement car les courbes d'étalonnage du résistivimètre ont été intégrées pour pouvoir passer des

potentiels mesurés pour un courant régulé donné aux résistances et résistivités.

Les ensembles de mesures et profils sont ensuite mémorisables sur l'ordinateur (étape 5, Fig. 1 e)).

L'acquisition en continu lors du déplacement des moyens de mesure, de n mesures de résistivité électrique en chaque point d'une parcelle de sols nécessite la mise en oeuvre d'appareils et d'une chaîne de mesure dont le temps de réponse soit compatible avec la vitesse de déplacement desdits moyens de mesure. Cette même vitesse est limitée par la nature du terrain, la distance à parcourir entre deux mesures (la longueur de la maille élémentaire), et par le temps de réponse des appareils externes, par exemple, des moyens d'épandages, éventuellement couplés auxdits moyens de mesure. Le traitement en temps réel des données collectées, nécessité par ces appareils externes est suffisamment rapide pour ne pas limiter la vitesse de l'ensemble du dispositif.

L'ordinateur commande directement ces appareils externes (étape 5, Fig.

1 e)). Dans un mode de réalisation, des moyens d'épandage sont couplés aux moyens de mesures géoréférencées. Les informations sur la nature du sol traitées par l'ordinateur permettent d'adapter, en temps réel, la dose d'intrants nécessaire à une zone spécifique à traiter.

Le parallélisme des mesures au cours du déplacement continu est assuré par des moyens d'orientation, par exemple, un système de guidage.
Ce système de guidage lié aux mesures de positionnement absolu différentiel (dGPS) garantit l'acquisition d'une densité homogène de mesures sur l'ensemble de la parcelle de sols à cartographier.

Les figures 2 et 3 sont un exemple de cartes obtenues lors de l'étude d'une exploitation agricole de Champagne Berrichonne du Cher, au Sud de Bourges. Il s'agissait d'étudier quatre parcelles 1,2, 3,4 d'une superficie totale de 120 hectares. Les dimensions de la maille élémentaire dans le plan de la surface à étudier sont de 1 m sur 12 m. Une réinterpolation à une maille de 6m sur 6m a été effectuée lors du traitement numérique des données. Le courant régulé utilisé était de 20 mA en raison de la nature conductrice du terrain. La vitesse moyenne d'acquisition des données était de l'ordre de 1,2 à 1,5 m/s. La figure 2 représente le déplacement des moyens de mesure sur une des parcelles 1

dénommée"Les Bois Forts". Le pourtour 5 de la parcelle définit les limites externes de la zone à cartographier. Le point de départ 6 des moyens de mesure est repéré par ses coordonnées dans le système Lambert 7 et 8. Les traits 9 représentent un déplacement soit aller, soit retour des moyens de mesure sur la parcelle. La figure 3 représente le signal de résistivité mesuré en fonction du déplacement pour une profondeur intégrée de 0,5 m. Les résultats obtenus pour les quatre parcelles 1,2, 3,4 ont été assemblés. Le temps d'acquisition cumulé pour obtenir la figure 3 est de 17 heures. Cette carte correspond à 305 000 mesures.

La Figure 4 montre un exemple type de fenêtres d'affichage telles qu'elles peuvent apparaître en temps réel à l'utilisateur lors d'acquisition de mesures. Le graphe 10 montre les variations de la résistivité électrique du sol, 11, pour une profondeur donnée en fonction du déplacement relatif des moyens de mesure, 12. Les graphes 10,13 et 14 correspondent à des mesures de résistivité à des profondeurs de sol différentes, lesquelles sont comprises généralement entre 0 et 2m. Le graphe 15 montre le positionnement absolu en temps réel des moyens de mesure tel que décrit à la figure 2.

Cette méthode peut avantageusement être utilisée dans l'Agriculture de précision (A. P.). En effet, associée à des moyens d'épandage, de semis, cette méthode devrait permettre d'adapter en temps réel la dose d'intrants nécessaire à une zone spécifique à traiter. Il en résulte un gain de temps appréciable et un abaissement des coûts. Elle devrait garantir également un meilleur respect de l'environnement. Cette méthode peut également être avantageusement utilisée dans le cadre de la prospection de sites archéologiques.

Claims

ID'u REVENDICATIONS

1. Méthode de traitement de mesures de résistivité électrique géoréférencées pour la cartographie électrique des sols dans laquelle : - on découpe la zone d'un sol à cartographier en un réseau de points défini par la répétition d'une même maille élémentaire,

- on déplace des moyens de mesure dans la zone à cartographier, - on acquiert de manière continue au cours du déplacement des moyens de mesure, au moins une mesure de résistivité électrique en chaque point, - on utilise des moyens de positionnement pour référencer géographiquement et de manière absolue la mesure associée à chaque point, -on traite numériquement les données enregistrées, - on visualise une carte montrant les variations pour une profondeur donnée de la résistivité électrique du sol. caractérisée en ce que : - on enregistre la résistivité électrique pour chaque point en n profondeurs différentes, n étant au moins égal à 3,

- on acquiert également par lesdits moyens de positionnement et pour chaque point mesuré une mesure de déplacement relatif par rapport au point précédent, - on envoie les trois ensembles de mesures obtenues sur un microcontrôleur qui synchronise les acquisitions.

2. Méthode de traitement des mesures de résistivité électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on traite numériquement et en temps réel les données envoyées par le microcontrôleur sur un ordinateur.

3. Méthode de traitement des mesures de résistivité électrique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'on visualise simultanément et en temps réel sur deux fenêtres d'affichage différentes, un profil montrant les variations séquentielles pour une profondeur donnée de la résistivité du sol à travers la zone étudiée et une carte montrant le positionnement des moyens de mesure.

4. Méthode de traitement des mesures de résistivité électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'on définit avant de collecter lesdites mesures, l'échelle de la carte de la

seconde fenêtre d'affichage, en effectuant un tour de repérage de la zone à cartographier, lequel est enregistré sur l'ordinateur par une procédure programmée particulière.

5. Méthode de traitement des mesures de résistivité électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'on utilise un système de guidage pour contrôler le déplacement des moyens de mesure des déplacements relatifs, de résistivité électrique et de positionnement absolu entre les points,

6. Méthode de traitement des mesures de résistivité électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'on obtient la mesure des déplacements relatifs par un radar doppler,

7. Méthode de traitement des mesures de résistivité électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'on obtient la mesure des déplacements relatifs par un codeur incrémental,

8. Méthode de traitement des mesures de résistivité électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'on obtient la mesure des déplacements relatifs par un système capable de délivrer des impulsions TTL en fonction du déplacement des moyens de mesure,

9. Méthode de traitement des mesures de résistivité électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'on traite statistiquement au niveau de l'ordinateur les ensembles de mesures de résistivité et de mesures de positionnement relatif entre deux coordonnées absolues pour éliminer les valeurs de résistivité erronées et affiner les mesures de positionnement.