Travaux Pratiques de Physique Nuclaire et dEssais non Destructifs

Lhumidimtre neutronique

Groupe : JEAN MARC-ANTOINE LAYE PIERRE LEFEBVRE CHARLES LEMONNIER CAROLINE Gnralit : Lintrt du Troxler est de permettre la mesure de lhumidit dans le sol ou dans tout autre solide. Tout dabord, il est noter que lunit est le kg deau / m3 de sol. Il sagit en effet de lunit de mesure adapte car dans le sol il existe diffrents tats physiques (solide, liquide). Ainsi une mesure en pourcentage ne pourrait tre significative (on rserve ceci lorsque lon mesure la teneur en eau de lair ; dans ce cas il nexiste que ltat gazeux comme seul tat physique). Principe du Troxler : Lappareil possde une tige mtallique que lon enfonce dans le sol. Celle-ci est constitue de 2 sources radioactives :

- Le Cs 137 (T=34 ans) qui met des rayons - LAmrissium-brilium (T=240 ans) qui met des neutrons.

Ces deux sources mettent vers des compteurs Geiger. Il est bon de rappeler que les rayons sont arrts par le plomb, le bton et lacier. Lutilit du Csium est de permettre de connatre la densit du sol. Pour cela, on utilise le principe dattnuation : en connaissant lactivit de la source et sa distance par rapport au compteur Geiger, on mesure lattnuation ( la perte ) de lactivit ce qui permet au calculateur de dterminer la densit du sol. La source neutronique quant elle va nous renseigner sur la quantit deau. En effet, les hydrognes prsents dans la molcule deau ont la mme masse que les protons. Par consquent, si on bombarde leau avec des neutrons, les collisions (neutron sur hydrogne) vont avoir comme consquence la perte de vitesse du neutron (qui devient alors un neutron lent). On comprend donc que si on connaissait lactivit initiale de la source de neutrons, et que lon mesure le nombre de neutrons qui parvient effectivement au compteur Geiger on peut accder la quantit de molcule deau dans le solide.

Les deux types de source ( et neutrons) ont donc un rle complmentaire :

permettre la mesure de la densit du sol permettre la mesure de la masse deau dans le sol

Manipulation :

1) Etalonner lappareil Cette tape est obligatoire en raison de lhumidit ambiante de lair, de la radioactivit cosmique, de la prsence ventuelle de Troxler proximit et en raison de la dcroissance des sources. On talonne lappareil sur un bloc de paraffine en saidant de la fonction std. Ceci prend environ 4 minutes.

2) Prparation dun trou dans le sol A laide dune massette et dun burin calibr, on ralise un trou dans le sol tester afin de pouvoir y enfoncer facilement la tige du Troxler.

3) Mise en place de lappareil. 4) Rglage de la dure de lessai laide de la touche time de lappareil (4 min dans le

cas prsent).

5) Rglage la profondeur de la tige manuellement puis avec la touche depth de lappareil (surface, 50mm, 100mm, 150mm, 200mm, 250mm, 300mm).

6) Dmarrage des mesures entre/start

7) Relev pour chaque mesure de :

- le pourcentage dhumidit - la densit humide - la densit sche - la quantit deau - le pourcentage de vide

Rsultats : On a obtenu les rsultats suivants : 0 cm 5 cm 10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm % humidit

8.7 9.3 9.0 9.5 9.5 9.6 9.3

Densit humide (kg/m3)

2025 2002 1977 1958 1968 1995 1992

Densit sche (kg/m3)

1863 1832 1814 1787 1797 1820 1823

Quantit deau (kg/m3)

163 170 163 170 170 175 169

% de vide 14.7 15.1 16.5 16.8 16.4 15.1 15.6 Interprtation : Les mesures ralises sur le terrain de boules nous permettent de mettre en vidence plusieurs rsultats intressants : La quantit deau est moindre la surface que dans le sol. On peut supposer que ceci est du lvaporation du fait du vent. La quantit deau est ensuite peu prs constante de 5 20 cm (avec toutefois une chute assez surprenante 10 cm peut-tre due une erreur de mesure de lappareil, il faudrait refaire une mesure cette profondeur). La quantit deau est la plus importante 25 cm. La densit sche est maximale en surface (le sol est donc curieusement plus compact en surface quen profondeur). Entre 10 et 20 cm, le pourcentage de vide est maximal. Le sol y est donc trs peu compact. Utilisation : Le Troxler a des applications dans de nombreux domaines o il peut tre ncessaire de mesurer la teneur en eau dun milieu ou dun solide. En gotechnique lorsque lon veut connatre la qualit dun sol, dans la route pour qualifier un enrob drainant .Dans ce cas, on rglera la dure de lessai 15s. En effet, il est ncessaire doprer assez vite (avant que leau ne soit draine entirement)