NF X31-507-1993 Soil quality Evaluation of apparent density of a soil Gamma-ray transmission method 《土质 土壤的表面密度的评定 用伽马(Υ)射线透射法》.pdf

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1、AFN1 NF X 31-507 93 m 10112372 0475737 609 ISSN 0335-3931 NF X 31-507 Septembre 1993 Indice de classement: X31-507 Qualit des sols valuation de la masse volumique apparente dun sol Mthode par transmission dun rayonnement gamma E : Soil quality-Evaluation of apparent density of a soil- Gamma-ray tran

2、smission method 0 : Bodenbeschaffenheit - Bestimmung der Rohdichte -Verfahren mittels bertragung von Gammastrahlen Norme franaise homologue par dcision du Directeur Gnral de lAFNOR le 5 aot 1993 pour prendre effet le 5 septembre 1993. correspondance la date de publication du prsent document, il nexi

3、ste pas de travaux euro- pens ou internationaux traitant du mme sujet. analyse Le prsent document prcise la nature du phnomene utilis pour la mesure de la masse volumique, spcifie les choix technologiques, une technique dtalonnage ainsi que les prcautions dutilisation. Les formules de calcul du para

4、mtre recherch et de lvaluation de lerreur commise sont dfinies. Tous les types de sols sont concernes a lexception des sols tres caillouteux. descri pteurs Thsaurus International Technique : sol, qualit, essai physique, dtermina- tion, masse volumique, masse volumique apparente, essai au rayonnement

5、, rayonnement gamma, talonnage, calcul. modifications correct i on s dite et diffuse par lassociation franaise de normalisation (afnor), tour europe cedex 7 92049 paris la dfense - tel. : i1 i 42 91 55 55 AFNOR 1993 O AFNOR 1993 ler tirage 93-09 COPYRIGHT AFNOR Association Francaise De Normalisation

6、Licensed by Information Handling ServicesAFNL NF X 31-50? 93 W LO12372 0475738 545 W Qualit des sols - Mthodes physiques AFNOR X31D Membres de la commission de normalisation Prsident : M CHOSSAT Secrtariat : MME GUILLAUME -AFNOR M BELLIER M BLENTZ M BOURALY M BROUWERS M BRUNT M CHOSSAT M CIESIELSKI

7、M COURMONT M GOME2 M GUENNELON M HAUT M HUE MME LAVILLE-TIMSIT M M M M M M M M M M M M M M LEGROS MARTIN MATHIAS NORMAND ORSINI PARTY PAYAL PROST RAIM BAULT ROSSIGNOL SIX SOIGNET SOMMIER SPECKLIN ORSTOM SNST ELF ATOCHEM CIRAD ISRIC CEMAGREF INRA LABORATOIRES SICAGRO INRA LABO DEPT DANALYSES, VANNES

8、BRGM INRA MIN DE LENVIRONNEMENT, DPPR CEDEST CEM AGREF INRA SCCAAAC SRETIE LCPC ENITAH CHAMBRE DEPT DAGRICULTURE LILLE INRA MIN DE LAGRICULTURE, DERF SADEF COPYRIGHT AFNOR Association Francaise De NormalisationLicensed by Information Handling ServicesNF X 31-507 Sommaire Page Avant-propos 4 O Introd

9、uction 4 1 Domaine dapplication . 4 2 RBfrence normative 4 3 D6finitions . 5 4 Symboles et abrviations . 5 5 Principe 6 6 Matriaux de rfrence . 6 7 Appareillage 6 7.1 Prparation du site . 6 7.2 Appareillage de mesure 7 8 Mode opratoire . 8 8.1 talonnage au laboratoire . 8 8.2 Mise en uvre in situ 10

10、 9 Calcul et expression des rsultats . 11 9.2 Utilisation de ltalonnage gnralis 11 9.1 Utilisation de ltalonnage par distance 11 9.3 Estimation de lerreur 11 10 Proces-verbal dessai . 12 11 Bibliographie . 12 Annexe A (normative) Thorie de ltalonnage 13 Annexe 6 (normative) Correction de non-paralll

11、isme des tubes daccs 18 COPYRIGHT AFNOR Association Francaise De NormalisationLicensed by Information Handling ServicesNF X 31-507 AFNL NF X 31-507 93 m LOL2372 0475740 IT3 -4- Avant-propos Lutilisation de la mthode dcrite dans la prsente norme ncessite la connaissance des normes et pr- cautions con

12、cernant lemploi de sources radioactives scelles ; en particulier, la lgislation franaise impose des conditions particulires pour la dtention des sources : dclaration aux services concerns, utilisation sous la responsabilit dune personne comptente en matire de radioprotection, etc. O Introduction Les

13、 mthodes de mesurage de la masse volumique apparente dun sol (ou de tout matriau) en place ne sont pas toujours trs satisfaisantes ; le volume sur lequel porte la mesure est parfois trop petit (cy- lindres de prlvement), parfois trop grand et cheval sur des niveaux diffrents (mthode du trou au sable

14、), parfois mal dlimit (utilisation de la rtrodiffusion des rayons gamma). La solution adopte pour cette norme consiste mesurer laffaiblissement (attnuation) dun faisceau de rayons gamma lors dun parcours linaire, de longueur connue, variable. Cet affaiblissement est mesur entre deux tiges-support, l

15、une comportant une source radioactive, lautre supportant le dtec- teur de rayonnement. La longueur et la position du trajet sont ainsi parfaitement dfinies ; une variation brutale de la densit peut tre alors mise facilement en vidence avec prcision (par exemple entre deux horizons superposs). 1 Doma

16、ine dapplication La mthode (et linstrumentation quelle ncessite) est applicable tant dans le domaine de lagriculture que dans celui du gnie civil. La prsente norme prcise la nature du phnomne utilis pour la mesure de la masse volumique, dcrit les choix technologiques, propose une technique dtalonnag

17、e, spcifie les prcautions dutilisa- tion et dfinit les formules de calcul du paramtre recherch et de lvaluation de lerreur commise. La methode est utilisable dans tous les types de sol, lexception des sols trs caillouteux ; bien que, dans ce cas, on puisse obtenir une valeur de masse volumique, cell

18、e-ci est une combinaison de la masse volumique de la terre fine et de celle des lments plus grossiers ; par ailleurs, la prsence de gros cailloux rend plus difficile limplantation correcte de linstrument. Les mesurages peuvent tre raliss 5 cm I 1 cm de la surface mais ne peuvent pas dpasser la profo

19、n- deur de 60 cm 70 cm correspondant a la longueur des tiges qui, pouf le diamtre utilis, minimise les risques de non-paralllisme lors de la mise en place des tubes daccs. On peut toutefois descendre de plus grandes profondeurs, soit en enlevant une certaine paisseur de sol, soit en travaillant hori

20、zontale- ment partir de la paroi dune fosse ; mais, dans ces deux cas, on perd lavantage dune mthode non des- tructrice du site nautorisant plus la possibilit de faire, ultrieurement, dautres mesurages. 2 Rfrence normative Ce document comporte par rfrence date ou non date des dispositions dautres pu

21、blications. Ces rfrences normatives sont cites aux endroits appropris dans le texte et les publications sont num- res ci-aprs. Pour les rfrences dates, les amendements ou rvisions ultrieurs de lune quelconque de ces publications ne sappliquent cette norme que sils y ont t incorpors par amendement ou

22、 rvision. Pour les rfrences non dates, la dernire dition de la publication laquelle il est fait rf- rence sapplique. NF IS0 11274 Qualit du sol - Dtermination de la caractristique de la rtention en eau - Mthodes de laboratoire (indice de classement : X 31-551) ). 7) En prparation. COPYRIGHT AFNOR As

23、sociation Francaise De NormalisationLicensed by Information Handling ServicesAFNL NF X 33-507 93 - 3012372 0475743 03T -5- NF X 31-507 3 Dfinitions Les symboles entre crochets sont les dimensions (masse, longueur et temps) des variables considres. Pour les besoins de la prsente norme, les dfinitions

24、 suivantes sappliquent : 3.1 masse volumique apparente dun sol : Rapport de la masse totale de lchantillon de sol son volume total, non modifi par le prlvement. 3.2 coefficient dattnuation dun rayonnement y : Un rayonnement lectromagntique dintensit I, , traversant une longueur x dun milieu donn, su

25、bit un affaiblissement tel que lintensit devient : I = I, exp(-hx) h = L- (1) o h est le coefficient dattnuation linaire du matriau considr ; si p est sa masse volumique, le coefficient massique dattnuation est p tel que : P = UP p = L2M- (2) Lexpression donnant I en fonction de I, , x et h est la l

26、oi de Lambert-Beer. 3.3 taux de comptage C : Nombre de photons dun rayonnement lectromagntique reu par un instrument de mesure appropri, par unit de temps : C = T-1 4 Symboles et abrviations Masse volumique sche du sol Masse volumique du matriau de rfrence . Masse volumique de leau Teneur en eau vol

27、umique . Teneur en eau massique Coefficient dattnuation massique du sol Coefficient dattnuation massique du matriau de rfrence Coefficient dattnuation massique de leau . M L-31 ML-31 M L-31 I L3L-31 IMM-I I L2M” I L2M- L2M- I COPYRIGHT AFNOR Association Francaise De NormalisationLicensed by Informat

28、ion Handling ServicesNF X 31-507 Composition chimique Nom Technyl Matriel synthtique Larryc Roche calcaire Terc Roche calcaire Eau AFNL NF X 33-507 73 LO32372 04757Li2 T7b -6- Dimensions Masse volumique Coefficient dattnuation g.cm-3 crn2.g-1 cm 50 40 10 1,144 f 0,007 0,084 6 50 40 10 2,121 f 0,013

29、0,077 6 50 40 15 2,484 f 0,018 0,077 6 90 40 50 1,000 0,085 7 5 Principe La mthode consiste introduire dans le sol une source de rayonnement gamma (ici le I3CS), ainsi quun compteur de rayonnement (ici un compteur proportionnel scintillation) et mesurer, pendant un temps donn, le taux dimpulsions C

30、arrivant au compteur par rapport au taux dimpulsions Co qui y parviendraient si le trajet du rayonnement seffectuait entirement dans lair. Si la distance source-compteur est x on a, avec les notations ci-dessus et en ngligeant labsorption du rayonnement par lair contenu dans le sol : (3) c = C, exp-

31、 (PSPS + ele) La variable recherche est pc en supposant connus ou mesurs par ailleurs tous les autres paramtres. Lnergie du pic photolectrique de lmetteur gamma est suppose mononergtique, de valeur 662 keV. 6 Matriaux de reference On utilise, pour raliser ltalonnage, des blocs de diffrents types de

32、matriaux, dpaisseur et de masse volumique connues. Les caractristiques de ces matriaux sont, titre dexemple, donnes dans le tableau 1. Tableau 2 7 Appareillage 7.1 Prparation du site 7.1.1 Tubes daluminium de diamtre extrieur 4 cm, dpaisseur 0,2 cm et de longueur 62 cm, avec un embout de fermeture c

33、onique (voir figure 8.2). 7.1.2 Tarire constitue dun tube dacier de 4 cm de diamtre extrieur, avec bord dattaque afft. (Cette tarire sert la mise en place des tubes daccs et, en mme temps, aux prlvements dchantillons, tout le long du profil tudi, pour la mesure de la teneur en eau massique.) COPYRIG

34、HT AFNOR Association Francaise De NormalisationLicensed by Information Handling ServicesD AFML NF X 33-507 93 3032372 0475743 902 = -7- NF X 31-507 7.2 Appareillage de mesure II est constitu dune embase, de lensemble double-canne portant la source et le dtecteur, ainsi que de la baie de mesure. 7.2.

35、1 Embase Elle est constitue dune plaque en acier perce dun trou de 4 cm de diamtre qui servira au passage de la tige porte-source dans son tube daccs. Quatre autres trous de 4 cm de diamtre sont aligns dans laxe de lembase, avec le trou de passage de la source ; ils servent au passage du porte-compt

36、eu r. Tige dcartement cou1 issante Tube porte- d tec teur (=30m) Languette dappui Con teneur Vis blocage por te- source Sbcur i ti PI aque dembase Figure 1 : Schma de la sonde gamma-densimtrique On peut ainsi, par exemple, slectionner des distances de scrutation de 10 cm, 15 cm, 20 cm et 30 cm selon

37、 lhtrognit du milieu et lintensit de la source. NOTE : La distance de 10 cm nest utilise que si lactivit de la source de csium ne provoque pas la saturation du compteur. Lembase porte galement un cylindre de plomb-carbure de tungstne qui sert de logement au repos pour la source radioactive et protge

38、 loprateur de lirradiation. 7.2.2 Ensemble source-dtecteur Une tige dacier, de 1,6 cm de diamtre, de 60 cm 70 cm de longueur, porte son extrmit une source de 137Cs de 185 MBq (5 mCi) dont lnergie dmission y est de 662 keV. La source nest pas co I I i mate. Le dtecteur est port par un tube en acier d

39、e 3,3 cm de diamtre extrieur et de 60 cm 70 cm de longueur. Cest un compteur scintillation, non collimat, equip dun cristal INA activ au thallium. Au scintillateur est associ un photomultiplicateur. La fentre du cristal est ferme par un diaphragme au Pb-Cd qui sert de filtre mcanique et permet dlimi

40、ner, en partie, les composantes du spectre, de faible nergie ( 100 keV). Un cble blind, log dans le tube, raccorde le dtecteur la baie de mesurage. COPYRIGHT AFNOR Association Francaise De NormalisationLicensed by Information Handling ServicesNF X 31-507 AFNL NF X 33-507 73 LOL2372 0475744 847 -8- 7

41、.2.3 Baie de mesurage Elle comporte un circuit imprim qui assure la fourniture de la haute tension, lamplification, la discrimination lectronique des impulsions de basse nergie et la mise en forme des impulsions compter, sous forme dimpulsions carres de niveau 5 V. Elle comporte enfin une chelle de

42、comptage, avec prslection du temps (de 10 s 300 s) et affichage digital des impulsions dnombres. Des batteries Cd-Ni assurent le fonctionnement de lensemble. Un dispositif de test permet de vrifier le bon fonctionnement de lchelle de comptage. 8 Mode opratoire 8.1 talonnage au laboratoire 8.1.1 talo

43、nnage par distance de scrutation dans le sol Cette phase de la technique utilise les blocs dcrits dans le tableau 1. La masse volumique de ces blocs a t dtermine par pese et mesure exacte des dimensions gomtriques. Connaissant le coefficient dattnuation pour le rayonnement de 137Cs, la masse volumiq

44、ue a t galement vrifie par scrutation gamma sur un dispositif de laboratoire. Le dispositif de calibrage par blocs est disponible auprs des concepteurs du matriel de mesurage. Les trois blocs (Technyl et roches calcaires) sont disposs les uns sur les autres. On utilise trois sries de blocs, percs de

45、 trous, correspondant aux trois espacements de mesu rage utiliss (trajets effectifs dans le sol : 15 cm, 20 cm et 30 cm) ; ils sont munis de tubes daccs en aluminium, identiques ceux utiliss au champ. Environ 100 O00 impulsions sont enregistres, dans le plan mdian de chaque bloc, aux prtemps de comp

46、tage de 30 s, 100 s et 300 s. ces mesurages, on a ajout des mesurages dans leau, dans des conditions de ralisation identiques. On obtient, avec lappareillage test, les droites dtalonnage suivantes : - pour 15 cm : - pour 20 cm : - pour 30 cm : pc = - 1,430 InC + 14,234 pc = - 1.01 1 InC + 9,701 pc =

47、 - 0,606 InC + 5,540 (4) (5) (6) Les coefficients de corrlation linaire sont respectivement de - 0,999, - 0,999 et - 0,998. Le paramtre pc reprsente la masse volumique apparente de rfrence dun matriau talon donnant la mme attnuation que le sol considr, pour la mme longueur de scrutation (voir annexe

48、 A). 8.1.2 talonnage gnralise Ce mode dtalonnage utilise la corrlation linaire entre, dune part le produit de la masse volumique par la longueur du trajet dans le sol et, dautre pan le logarithme naturel du produit du taux de comptage par le carr de la distance entre la source radioactive et le cristal du dtecteur (CL:) selon la relation