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Conductivité thermique des sols secs et humides

L’exemple d’application qui suit porte sur la mesure de conductivité thermique des sols secs et humides avec l’analyseur thermique portable TLS-100.

Le taux d’humidité des sols (ou hygrométrie) est un paramètre important à prendre en compte lorsque l’on engage, par exemple, des travaux de voierie ou d’installation de canalisations. En effet, suivant le type de sol et les conditions hygrométriques, les propriétés thermiques varient. Un sol très sec n’aura pas les mêmes propriétés qu’un sol très humide. De ce fait, la dissipation de la chaleur en sous-sol sera différente. Les câbles et les canalisations enterrés dans un sol de trop faible conductivité thermique peuvent subir une surchauffe et potentiellement brûler. Inversement, des tuyaux d’eau chaude enterrés dans un sol de trop grande conductivité thermique subiront une perte de chaleur considérable, pouvant nuire à la rentabilité de l’installation.

Les deux propriétés principales à observer sont donc la conductivité thermique et la résistance thermique du sol (grandeurs inversement proportionnelles).

 

Analyseur de conductivité thermique portable

Le TLS-100, appareil de mesure compacte et portable, a été conçu pour réaliser des mesures directement sur le terrain (in situ), ou en laboratoire sur des échantillons prélevés. Précis et rapide, le TLS-100 répond aux exigences des normes internationales ASTM D5334, ASTM D5930 et IEEE 442-1981.

 

Transient Line Source TLS-100 : appareil portable de mesure de la conductivité thermique des sols et roches

Le TLS-100 est un instrument de mesure portatif. Il peut être utilisé en laboratoire sur des échantillons prélevés sur le terrain, ou directement in situ, sur le terrain.

 

Calibration de l’analyseur de conductivité thermique portable des sols

Le TLS-100 est calibré par le fabricant en usine. Un échantillon de référence et un certificat de calibration sont fournis avec l’appareil à sa livraison. Sur ce certificat figurent les valeurs de conductivité thermique mesurées sur l’échantillon de référence lors de sa calibration. De cette manière, l’utilisateur peut vérifier à tout moment que son appareil est toujours correctement calibré en mesurant l’échantillon référence et en comparant les valeurs obtenues à celles du certificat.

 

Réalisation des essais de conductivité thermique des sols secs et humides

Conductivité thermique des sols secs et humidesDifférents sols (terre, sable, argile) ont été prélevés sur le terrain et ramenés en laboratoire. Dans un premier temps, ces échantillons ont subi un protocole de déshumidification afin d’en extraire toute l’eau. L’opérateur a ensuite réalisé une série d’essais sur sols secs : 3 essais par échantillon espacés de 5 minutes pour garantir le retour à l’équilibre thermique. Pour cela, il a inséré la sonde du TLS-100 de tout son long dans l’échantillon (ici 100 mm) puis a attendu que le système atteigne une température d’équilibre avant de débuter les essais. Une fois les essais sur sols secs réalisés, les échantillons ont progressivement été ré-humidifiés jusqu’à être saturés (teneur en eau d’environ 20%). L’opérateur a de nouveau procédé, pour chaque palier, à une série de 3 essais par échantillon espacés de 5 minutes. Ce protocole complet permet de se placer dans des conditions opératoires optimales pour réaliser les mesures de conductivité thermique des sols secs et humides.

 

 

Les résultats des essais menés sur différents sols secs et humides sont regroupés dans le tableau 1 ci-dessous.

Type de sol Conductivité thermique pour sol sec (W/m.K) Conductivité thermique pour sol à 10% d’eau (W/m.K) Conductivité thermique  pour sol saturé (W/m.K)
Terre
 0.321 0.912  1.307
Sable
 0.396 2.224  2.402
Argile
 0.543 1.298  1.715

 

 

Tableau 1. Conductivité thermique des sols secs et humides. Les valeurs moyennes affichées sont calculées sur la base des 3 essais pour chaque sol.

 

Conductivité thermique des sols secs et humides Graphique 1. Variation de la conductivité thermique des sols suivant leur teneur en eau.

 

Conclusion

Comme le montrent les résultats obtenus, la conductivité thermique des sols varient de façon significative suivant leur teneur en eau. Ainsi, il est important de bien connaître les propriétés thermiques et les conditions hygrométriques du terrain où vous souhaitez réaliser des travaux de génie civil.  Suivant ces paramètres, vous n’aurez pas les mêmes conditions de propagation de la chaleur. Cela vous permettra de mettre en place les moyens nécessaires pour une installation pérenne (choix des matériaux, etc.).  Le TLS-100 a été conçu pour ce type de mesures et vous permet d’obtenir très rapidement (∼3min) et avec une grande précision (<5%) la conductivité thermique des sols secs et humides.

En savoir plus sur le TLS-100

Pour en savoir plus sur cet analyseur thermique, retrouvez toutes les informations et spécifications de ce produit sur notre page internet dédiée au TLS-100. Vous pourrez également y télécharger une plaquette ou demander un devis.

Découvrir le TLS-100