FR2937733A1 - Dispositif de mesure de l'humidite d'un corps, et procede correspondant - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif 8 pour mesurer l'humidité d'un corps 1, comprenant : - deux électrodes (3, 4) capables d'être mises en contact avec le corps 1 et contenant un conducteur électrique, et - un circuit de commande 10 connecté aux électrodes (3, 4) et capable de mesurer la capacité d'un premier condensateur formé de deux armatures séparées par un matériau diélectrique, les armatures comprenant au moins le conducteur électrique d'une première électrode 3. La première électrode 3 comprend en outre un moyen isolant apte à être disposé entre le corps 1 et le conducteur électrique de la première électrode, et le matériau diélectrique du premier condensateur comprend au moins le moyen isolant.

Description

B08-0936FR GBO Société par actions simplifiée dite :M LEFEVRE Dispositif de mesure de l'humidité d'un corps, et procédé correspondant Invention de : Marc-Henry MENARD

Dispositif de mesure de l'humidité d'un corps, et procédé correspondant La présente invention concerne un dispositif de mesure de l'humidité d'un corps, ainsi que le procédé associé. L'invention concerne notamment un dispositif de mesure de l'humidité d'une paroi rocheuse ou d'un mur de bâtiment. L'humidité d'un corps dépend de nombreux facteurs tels que l'humidité relative et la circulation de l'air en contact avec le corps, qui sont à l'origine de mécanismes d'absorption ou d'évaporation au sein du matériau du corps. Par ailleurs, l'humidité du matériau peut être une cause de désordres chimiques et/ou physiques, par exemple lors de cycles de cristallisation - décristallisation de sels solubles ou lors de cycles de gel - dégel. Sa détermination, notamment dans le secteur du bâtiment, s'avère donc parfois nécessaire pour estimer ou anticiper des problèmes susceptibles d'intervenir à l'intérieur ou en surface du matériau. Il existe des systèmes connus de mesure de l'humidité d'un matériau. Les principaux dispositifs de mesure sont basés sur la résistivité et comprennent deux électrodes qui sont placées en contact avec le matériau et qui sont traversées par un courant électrique. Le matériau est équivalent à une résistance variable et la valeur de la résistance électrique mesurée par le dispositif de mesure permet de déterminer le taux d'humidité du matériau. Cependant, certains matériaux comprennent des sels solubles qui modifient la valeur de la résistance du matériau, et perturbent la mesure de l'humidité. De plus, la mesure de la résistance dépend également de la température. Ainsi, la valeur de la résistance du matériau dépend, avec ces dispositifs basés sur la résistivité, de l'humidité, de la température et de la composition ionique du matériau. Il existe également des dispositifs de mesure basés sur la valeur diélectrique du matériau. Ces dispositifs, qui comprennent également deux électrodes en contact avec le matériau, ne mesurent pas la résistance du matériau mais la capacité du condensateur formé par les deux électrodes séparées par le matériau. Ces dispositifs déterminent l'humidité relative du matériau à partir de la valeur de la capacité du condensateur qui dépend de la constante diélectrique de l'isolant, ici le matériau. Cependant, ces dispositifs sont aussi perturbés par la présence de sels dans le matériau qui agissent comme une résistance parasite court-circuitant le condensateur et limitant la précision de la mesure. Le but de l'invention est donc de résoudre les problèmes décrits précédemment. En particulier, un but de l'invention est de proposer un dispositif capable de mesurer l'humidité d'un matériau comprenant des sels. Selon l'invention, il est proposé un dispositif pour mesurer l'humidité d'un corps, comprenant deux électrodes capables d'être mises en contact avec le corps et contenant un conducteur électrique, et un circuit de commande connecté aux électrodes et capable de mesurer la capacité d'un premier condensateur formé de deux armatures séparées par un matériau diélectrique, les armatures comprenant au moins le conducteur électrique d'une première électrode. La première électrode comprend en outre un moyen isolant apte à être disposé entre le corps et le conducteur électrique de la première électrode, et le matériau diélectrique du premier condensateur comprend au moins le moyen isolant. Le moyen isolant permet de s'affranchir de la constante diélectrique du corps. En particulier, l'humidité du corps modifie la capacité du premier condensateur grâce à la longueur ou la surface mouillée en contact avec le moyen isolant et en contact électrique avec le conducteur électrique de la deuxième électrode. Plus l'humidité du corps sera élevée, plus cette surface ou longueur mouillée sera importante, et plus la capacité du premier condensateur sera importante. On rappellera que la capacité d'un condensateur plan dont les armatures ont une surface S et dont l'isolant a une épaisseur E, est proportionnelle à S/E. De même, pour un condensateur cylindrique dont les électrodes présentent une longueur L, la capacité du condensateur est proportionnelle à L.

Grâce au moyen isolant, les caractéristiques, tels que la constante diélectrique, de l'isolant du condensateur sont fixées. Seules les caractéristiques géométriques de la seconde armature du condensateur varie en fonction de l'humidité du corps, ces grandeurs ne dépendant pas des sels présents dans le corps. En particulier, les sels présents dans le corps vont modifier la valeur de la résistance créée par le corps, dans le circuit électrique. Or cette résistance est montée en série par rapport au premier condensateur : il est donc possible de mesurer l'humidité du corps en mesurant la capacité du condensateur, malgré des variations de résistance apparaissant dans le corps. Le moyen isolant recouvre le conducteur électrique de la première électrode. Dans ce cas, l'électrode sera formée directement par un matériau conducteur recouvert par une gaine isolante, c'est-à- dire par une portion de câble électrique isolé. Par exemple, la première électrode peut être un fil de cuivre entouré par une gaine isolante. Préférentiellement, le fil de cuivre entouré par la gaine isolante est torsadé. Ainsi, la surface de l'électrode en contact avec le corps est augmentée, ce qui permet d'augmenter la sensibilité du dispositif.

Selon un mode de réalisation, le dispositif selon l'invention comprend en outre un deuxième moyen isolant apte à être disposé entre le corps et le conducteur électrique de la deuxième électrode. Les armatures du premier condensateur comprennent le conducteur électrique de la deuxième électrode et le matériau diélectrique du premier condensateur comprend le deuxième moyen isolant. Dans ce mode de réalisation, le premier condensateur comprend comme armatures les conducteurs électriques des deux électrodes et comme isolant, les deux moyens isolants et le corps. Le premier condensateur est, ici, le condensateur équivalent aux deux condensateurs élémentaires formés au niveau des deux moyens isolants. On obtient donc une mesure de la capacité dont la sensibilité est divisée par deux, mais le dispositif de mesure est isolé du corps, et permet de s'affranchir des problèmes électriques pouvant exister dans le corps.

Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend également une troisième électrode capable d'être mise en contact avec le corps et contenant un conducteur électrique, le circuit de commande étant connecté à la troisième électrode et étant capable de mesurer la capacité d'un deuxième condensateur formé de deux armatures séparées par un matériau diélectrique, les armatures comprenant au moins le conducteur électrique de la troisième électrode. La troicièle électrode comprend en outre un troisième moyen isolant apte à être disposé entre le corps et le conducteur électrique de la troisième électrode, et le matériau diélectrique du deuxième condensateur comprend au moins le troisième moyen isolant. Dans ce mode de réalisation, on réalise deux condensateurs ayant une armature en commun. Ces deux condensateurs sont juxtaposés dans le corps, et permettent de déterminer, le cas échéant, une progression de l'humidité dans le corps. Selon un mode de réalisation, le circuit de commande peut comprendre un moyen de charge capable de charger le premier condensateur et un moyen de mesure capable de déterminer la capacité du premier condensateur en fonction du temps de charge du premier condensateur par le moyen de charge. Le temps de charge d'un condensateur est proportionnel à sa capacité. Ainsi, en mesurant ce temps de charge, on peut mesurer la capacité du premier condensateur et en déduire l'humidité du corps. Préférentiellement, le moyen de charge comprend un monostable. L'invention se rapporte également à un procédé de mesure de l'humidité d'un corps, dans lequel on place deux électrodes en contact avec le corps et contenant un conducteur électrique, on mesure la capacité d'un premier condensateur formé de deux armatures séparées par un matériau diélectrique, les armatures comprenant au moins le conducteur électrique d'une première électrode, et on dispose un moyen isolant entre le corps et le conducteur électrique de la première électrode, le matériau diélectrique du premier condensateur comprenant au moins le moyen isolant.

Préférentiellement, on peut mesurer la capacité du premier condensateur en mesurant la durée du temps de charge du premier condensateur. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de réalisation selon l'invention, et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre une vue en coupe d'un corps, en particulier un mur, et un dispositif de mesure de l'humidité de ce corps selon l'invention, et - la figure 2 est une vue agrandie d'une section d'une électrode du dispositif de mesure. Sur la figure 1 est représentée une vue en coupe d'un corps pour lequel on veut déterminer l'humidité. Le corps peut être un mur en pierre, un élément en béton, éventuellement armé, ou une paroi rocheuse... En particulier, l'invention s'applique avantageusement à des corps présentant des sels solubles dans l'eau, susceptibles de modifier la résistivité électrique du corps, et donc de limiter l'utilisation d'autres dispositifs de mesure de l'humidité. On considère dans la suite de la description que le corps est, par exemple, un mur 1.

Le mur 1 présente une surface extérieure 2 comprenant des trous dans lesquels sont introduites des électrodes 3 et 4. Afin d'améliorer le contact, notamment électrique, entre les électrodes 3, 4 et la partie intérieure du mur 1, il est possible d'ajouter dans les trous, en plus des électrodes, de la poudre 5 du matériau du mur 1, par exemple celle obtenue lors de la réalisation des trous. On obtient alors une meilleure mise en contact des électrodes 3, 4 avec le mur. Alternativement, il est aussi possible de placer les électrodes en contact avec la surface extérieure 2 du mur. En particulier, dans ce cas, l'humidité mesurée sera celle de la partie du mur 1 proche de la surface extérieure 2. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, les électrodes 3, 4 sont placées à l'intérieur du mur 1, et sont disposées à des distances différentes de la surface extérieure 2 du mur 1, afin d'observer éventuellement, comme cela sera décrit ci-après, le déplacement de l'humidité à l'intérieur du mur 1. La première électrode 3 comprend un conducteur électrique 6 (représenté sur la figure 2), par exemple un fil de cuivre, recouvert par un moyen isolant 7 (représenté sur la figure 2), présentant notamment une constante diélectrique élevée. La première électrode 3 peut ainsi être un fil standard de cuivre entouré de sa gaine isolante. La gaine isolante présente alors une épaisseur relativement faible, comprise entre 0,03 et 0,07mm, et relativement constante et uniforme le long de l'électrode. Par ailleurs, afin d'augmenter la surface de contact entre la première électrode 3 et le mur 1, le fil de cuivre entouré de sa gaine isolante peut aussi être torsadé, c'est-à-dire plié en deux et enroulé sur lui-même par exemple, ou bien encore vrillé, comme représenté de façon schématique sur la figure 1.

Ainsi, la première électrode 3 peut présenter un diamètre relativement faible. Par exemple, lorsque la première électrode 3 comprend un conducteur électrique et un isolant torsadés, le diamètre peut être compris entre 0,4 et 2mm, tandis qu'une électrode avec un conducteur électrique et un isolant non-torsadés pourra présenter un diamètre compris entre 0,2mm et 0,8mm. Dans les deux cas, le diamètre de la première électrode 3 reste limitée et permet l'introduction de celle-ci dans le mur 1 par un trou dont le diamètre peut être inférieur ou égal à 2mm. On limite ainsi les dommages causés au mur 1 lors de l'installation du dispositif de mesure de l'humidité.

En plus de la première électrode 3, le dispositif de mesure 8 comprend également la deuxième électrode 4 qui est utilisée, dans l'exemple décrit ici, comme électrode commune. La deuxième électrode 4 comprend, comme conducteur électrique, un fil de cuivre nu, éventuellement torsadé ou vrillé, en contact avec le mur 1.

La deuxième électrode 4 permet de fermer le circuit électrique du dispositif de mesure 8, au niveau du mur 1. En effet, la mesure de l'humidité du mur 1 se fait par l'intermédiaire de la mesure de la capacité du condensateur qui se forme au niveau du mur 1. Un condensateur électrique comprend deux conducteurs électriques, ou armatures, séparés par un isolant, et est conçu pour emmagasiner une charge électrique qui est proportionnelle à la tension appliquée entre les deux armatures. La capacité d'un condensateur électrique dépend de sa géométrie ; en particulier, dans le cas d'un condensateur électrique plan, la capacité est proportionnelle à la surface des armatures. Dans le cas présent, l'humidité du mur 1 permet de conduire le courant électrique à travers celui-ci, avec une résistance électrique dépendant d'une part de l'importance de l'humidité, et d'autre part des sels présents dans le mur 1. Ainsi, dans le cas du dispositif de mesure 8, le mur 1 permet de fermer le circuit électrique en reliant, sous la forme d'une résistance électrique, la première électrode 3 et la deuxième électrode 4. On se retrouve alors avec un circuit électrique comprenant d'une part une résistance, constituée par la partie de mur 1 située entre les deux électrodes, qui relie électriquement la première et la deuxième électrode, et d'autre part un premier condensateur formé en partie par la première électrode 3. En particulier, le premier condensateur comprend le conducteur électrique 6 de la première électrode comme première armature et la gaine isolante 7 comme isolant. La deuxième armature du premier condensateur comprend la surface de la gaine isolante mouillée par l'humidité du mur et en contact électrique avec la deuxième électrode 4. En considérant que la surface mouillée reste petite par rapport à la première électrode 3, et est donc assimilable à une surface, la capacité du premier condensateur ainsi formé est proportionnelle à la surface mouillée. La mesure de la capacité par le dispositif de mesure 8 permet donc de déterminer l'humidité du mur 1. Selon une variante de l'invention, la deuxième électrode 4 peut présenter la même structure que la première électrode 3, c'est-à-dire comprendre un conducteur électrique entouré par un isolant. Dans ce cas, on considère que le circuit électrique comprend un condensateur dont les armatures comprennent le conducteur électrique 6 de la première électrode 3 et le conducteur électrique de la deuxième électrode 4, et dont l'isolant comprend la gaine isolante 7 de la première électrode 3 et la gaine isolante de la deuxième électrode 4. On obtient alors un dispositif de mesure dont la sensibilité est diminuée, mais qui permet de s'affranchir des problèmes électriques du mur 1. Le dispositif de mesure 8 peut comprendre une troisième électrode 9. La troisième électrode 9 peut présenter la même structure que la première électrode 3, et permet de former, avec la deuxième électrode 4, un deuxième circuit électrique comprenant un deuxième condensateur et similaire à celui formé par la première électrode 3 et la deuxième électrode 4. Le dispositif de mesure 8 peut ainsi mesurer l'humidité de deux parties du mur 1 : d'une part la partie située entre la première électrode 3 et la deuxième électrode 4, et d'autre part la partie située entre la deuxième électrode 4 et la troisième électrode 9. Grâce à ces deux mesures d'humidité, il est possible d'observer une éventuelle évolution de l'humidité au sein du mur 1. En particulier, en positionnant les électrodes 3, 4 et 9 à des distances différentes de la surface extérieure 2 du mur 1, on peut observer une éventuelle progression de l'humidité de la surface extérieure 2 vers l'intérieur du mur 1. Le dispositif de mesure 8 comprend également un circuit de commande 10. Le circuit de commande 10 comprend un moyen de charge 1l, et un moyen de mesure 12 et une alimentation 13.

Le moyen de charge 11 permet de déterminer la capacité du premier condensateur et/ou du deuxième condensateur. On prendra en exemple, dans la suite de la description, la détermination de la capacité du premier condensateur, la détermination de la capacité du deuxième condensateur se faisant de manière analogue. Le moyen de charge 11 peut comprendre un circuit intégré NE555, notamment en configuration monostable. Dans le cas présent, le condensateur de la configuration monostable est le premier condensateur. Par ailleurs, le moyen de charge 11 peut comprendre également une résistance R de valeur élevée, par exemple 10MS2, montée en série avec le premier condensateur. Le circuit intégré NE 555 va ainsi charger le premier condensateur à travers la résistance R, avec une tension prédéfinie, de manière à faire augmenter la tension aux bornes du premier condensateur. Lorsque la tension aux bornes du premier condensateur atteint une valeur seuil (égale au 2/3 de la tension prédéfinie), le circuit intégré NE 555 bascule et arrête de charger le premier condensateur. La capacité C du premier condensateur peut alors être déduite de la durée de charge T et de la valeur de la résistance R par la formule (1) suivante T C= (1) 1,1.R On a considéré ici que la résistance R est très supérieure à la résistance interne de la partie du mur 1 située entre la première électrode 3 et la deuxième électrode 4. Dans le cas contraire, la valeur R donnée précédemment doit être remplacée par la somme de la résistance du moyen de charge et de la résistance de la partie de mur considérée.

Ainsi, en choisissant une résistance R suffisamment élevée, on peut obtenir une valeur de la capacité du premier condensateur qui est indépendante de la valeur de la résistance de la partie de mur considérée, et en particulier qui ne dépend pas des variations de celle-ci en fonction des sels présents dans le mur 1.

Le moyen de mesure 12 peut déclencher le moyen de charge 11 afin de commencer une mesure de l'humidité du mur 1, et reçoit le signal de sortie du moyen de charge 11. Le moyen de mesure permet de mesurer la durée du signal qui est émis par le moyen de charge 11 et qui est proportionnel à la capacité du premier condensateur. A partir de

cette mesure, il est alors possible d'en déduire une valeur de la capacité du premier condensateur ou une valeur représentative de l'humidité du mur 1.

Enfin, l'alimentation 13 permet de fournir aux différents moyens du dispositif de mesure l'énergie nécessaire à son fonctionnement.

L'alimentation permet de fournir au moyen de charge 11 la tension nécessaire à la charge du premier condensateur. L'alimentation 13 peut comprendre un adaptateur secteur pour alimenter le dispositif de mesure 8 sur le réseau de distribution d'électricité, ou bien peut comprendre une batterie dans le cas où il n'y aurait pas de réseau de distribution à

proximité du mur, ou dans le cas où il est nécessaire de n'avoir aucune liaison galvanique avec le mur 1.

Selon un mode de réalisation, le dispositif de mesure 8 peut également comprendre des sondes supplémentaires, par exemple une sonde 14 pour mesurer la température de l'air en contact avec la surface extérieure 2 du mur 1, ou bien encore une sonde 15 mesurant l'humidité relative de l'air en contact avec la surface extérieure 2. Ces sondes 14, 15 fournissent des valeurs qui peuvent être utilisées pour compléter et/ou améliorer les valeurs fournies par le moyen de mesure 12. On peut alors prendre en compte plusieurs paramètres pour mesurer l'humidité du mur 1, ou bien encore identifier certains facteurs à l'origine de variations d'humidité dans le mur 1. Ainsi, le dispositif selon l'invention permet de mesurer de manière plus précise l'humidité dans un corps, et de manière moins aléatoire par rapport à sa composition. I1 est alors possible de calibrer le dispositif afin d'obtenir, en sortie, une valeur représentative de l'humidité qui est indépendante du corps ou de sa composition. Une telle calibration peut être faite par exemple en mesurant la variation temporelle de l'humidité d'un corps en contact avec de l'eau puis séché à l'air libre. Par ailleurs, la possibilité d'utiliser des électrodes de faible diamètre, par exemple présentant un diamètre inférieur à 0.5mm, permet de limiter les dommages causés au corps pour la mesure de l'humidité. Enfin, l'utilisation de plusieurs électrodes pourra également permettre d'identifier le sens de déplacement de l'humidité dans le corps, et d'identifier ainsi plus rapidement les causes de cette humidité.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif (8) pour mesurer l'humidité d'un corps (1), comprenant - deux électrodes (3, 4) capables d'être mises en contact avec le corps et contenant un conducteur électrique, et - un circuit de commande (10) connecté aux électrodes (3, 4) et capable de mesurer la capacité d'un premier condensateur formé de deux armatures séparées par un matériau diélectrique, les armatures comprenant au moins le conducteur électrique (6) d'une première électrode (3), caractérisé en ce que la première électrode (3) comprend en outre un moyen isolant (7) apte à être disposé entre le corps (1) et le conducteur électrique (6) de la première électrode, et en ce que le matériau diélectrique du premier condensateur comprend au moins le moyen isolant (7).
2. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le moyen isolant (7) recouvre le conducteur électrique (6) de la première électrode (3).
3. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 dans lequel la première électrode (3) est un fil de cuivre entouré par une gaine isolante.
4. 4. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel le fil de cuivre entouré par la gaine isolante est torsadé.
5. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre un deuxième moyen isolant apte à être disposé entre le corps et le conducteur électrique de la deuxième électrode, et dans lequel les armatures du premier condensateur comprennent le conducteur électrique de la deuxième électrode et le matériau diélectrique du premier condensateur comprend le deuxième moyen isolant.
6. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes comprenant également une troisième électrode (9) capable d'être miseen contact avec le corps et contenant un conducteur électrique, le circuit de commande (10) étant connecté à la troisième électrode (9) et étant capable de mesurer la capacité d'un deuxième condensateur formé de deux armatures séparées par un matériau diélectrique, les armatures comprenant au moins le conducteur électrique de la troisième électrode, dans lequel la troisième électrode (9) comprend en outre un troisième moyen isolant apte à être disposé entre le corps et le conducteur électrique de la troisième électrode (9), et dans lequel le matériau diélectrique du deuxième condensateur comprend au moins le troisième moyen isolant.
7. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel le circuit de commande (10) comprend un moyen de charge (11) capable de charger le premier condensateur et un moyen de mesure (12) capable de déterminer la capacité du premier condensateur en fonction du temps de charge du premier condensateur par le moyen de charge (11).
8. 8. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel le moyen de charge (11) comprend un monostable.
9. 9. Procédé de mesure de l'humidité d'un corps (1), dans lequel on place deux électrodes (3, 4) en contact avec le corps (1) et contenant un conducteur électrique, et on mesure la capacité d'un premier condensateur formé de deux armatures séparées par un matériau diélectrique, les armatures comprenant au moins le conducteur électrique (6) d'une première électrode (3), caractérisé en ce qu'on dispose un moyen isolant (7) entre le corps (1) et le conducteur électrique (6) de la première électrode (3), et en ce que le matériau diélectrique du premier condensateur comprend au moins le moyen isolant (7).
10. 10. Procédé selon la revendication précédente dans lequel on mesure la capacité du premier condensateur en mesurant la durée du temps de charge du premier condensateur.