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LA CONDUCTIVITE ELECTRIQUE



La conductance est l’aptitude d’un milieux à conduire le courant électrique et la conductivité est la mesure normalisée de l’aptitude d’un liquide à conduire les charges d’électrons en solution.

La conductance s’exprime en Siemens (S) ou mho qui est l’inverse de Ohm, l’unité de résistance.

La conductivité s’exprime en S / cm ou mhos /cm; elle est l’inverse de la résistivité.

Le principe de mesure de la conductivité est simple : deux électrodes plates sont placées dans le liquide et l’on applique une tension (en général une sinusoïde) alternative à ces deux électrodes et le courant produit entre les plaques est mesuré.

La conductivité est alors déduite de la tension appliquée et du courant ainsi créé.

En fait on mesure une conductance et les valeurs obtenues dépendent de la forme géométrique des électrodes; afin d’obtenir une mesure standardisée, on définit alors la conductivité qui est le produit de la conductance par la constante de cellule K qui est le rapport entre la distance L séparant les électrodes et la surface d’une électrode. K= L / S est exprimé en cm-1.

La mesure s’effectue le plus souvent à l’aide d’un pont de Wheastone, fonctionnant en courant alternatif pour empêcher la polarisation des électrodes.

La distance et la surface des électrodes pouvant varier d’un appareil à l’autre, chaque cellule possède sa propre constante K qui doit être établie soit par le fabricant, soit par l’opérateur à partir d’une solution étalon dont la conductivité est connue.

On peut remarquer que si K=1, on obtient alors la valeur de la conductance.

Pour les eaux naturelles, la conductivité s’exprime couramment en micro Siemens par centimètre.

La conductivité dépend de la température et une température de référence a été déterminée : 20°C par l’AFNOR et 25°C par la CEE.

Il est donc nécessaire de prévoir une sonde de température pour compenser la mesure.

La méthode de cellule a deux pôles est la plus couramment utilisée (2 électrodes métalliques excités par un courant ou une tension alternatifs pour éviter la polarisation ainsi que le choix du graphite comme matière constituant les électrodes de conductivité.) mais la méthode de cellule quatre pôles (2 fois 2 électrodes) s’impose de plus en plus grâce au domaine de mesure plus large qu’elle procure et une sensibilité moindre à la pollution.
 
 

Une autre technique de mesure de conductivité sans électrode permet de s'affranchir des effets de polarisation : c'est la mesure par induction électromagnétique, dans laquelle un bobinage torique est excité à fréquence fixe; on récupère la réponse sur un deuxième bobinage accordé sur le premier. Il n'y a pas alors de problème de salissure.

Une sonde par induction est constituée de deux tores moulés dans un corps cylindrique isolant, étanche. L'axe de ce corps est creux et l'eau à contrôler modifie le courant induit dans le tore de mesure par le tore alimenté. Ce type de sonde est généralement utilisée pour des milieux à forte conductivité; il présente l'avantage d'avoir une dérive d'encrassement très faible et de ne pas nécessiter une maintenance fréquente. Normalement on étalonne une sonde inductive comme une sonde à électrodes, dans une solution plus ou moins concentrée de KCl.

Pour éviter des préparations d'étalon et des étalonnages fréquents sur site, il est commode de disposer d'un dispositif simple qui va servir d'étalon secondaire. Il suffit pour cela de créer une boucle conductrice de résistance donnée, qui enfilé dans le tunnel axial de la sonde, induit un courant déterminé, tout comme une solution étalon. Cette boucle est constituée d'une résistance intercalée sur un fil électrique de 30 à 40 cm, muni d'un contact de fermeture pour pouvoir l'enfiler dans le conduit axial des tores. Si le transmetteur de la sonde a plusieurs gammes de mesure, il faut une boucle différente pour chaque gamme. Il suffit ensuite, après un étalonnage de la sonde dans une solution étalon donnée, à une température donnée, d'essuyer la sonde, de passer la boucle dedans et de la refermer, puis de noter la conductivité affichée par le conductimètre. Cette valeur est la conductivité de référence de cette boucle; on doit la retrouver chaque fois que l'on utilisera la boucle à la même température ambiante. Si on a une valeur affichée différente cela indique que la sonde est détarée; si cette valeur est répétée après nettoyage de la sonde, il convient alors de revenir à l'étalon liquide pour recalibrer la sonde et vérifier la valeur de la boucle par la même occasion.
 
 

La conductivité électrique dépend du type de la substance dissoute et des propriétés de liaisons électrochimiques de la substance.

Elle constitue une bonne appréciation des matières en solution. En effet, dans les eaux naturelles qui constituent des solutions peu concentrées en sels minéraux, pratiquement tous les éléments dissous sont ionisés et contribuent à la conductibilité de l’eau. Elle est donc souvent utilisée pour déterminer la concentration totale des matières dissoutes (TDS: Total Dissolved Solids)

La conductivité n’est cependant pas proportionnelle à la masse des éléments en solution. La conductivité varie suivant la concentration ionique de l’eau mais la relation n’est linéaire que pour des conductivités faibles (<100microS cm-1). On peut alors estimer la minéralisation totale Cm suivant la formule :
 
 

Cm # 0,7 x C (à 20°C)

mg / l microS/cm
 

La relation conductivité - salinité n’est ni linéaire ni univoque.

La mesure de la conductivité électrique est toutefois une mesure aisée et rapide qui renseigne avec une bonne approximation sur la salinité d’une eau. L’enregistrement en continu est aisé et la précision de mesure est bonne.

Une conductivité élevée traduit, soit des pH anormaux, soit le plus souvent une salinité élevée.

La conductivité est l’un des critères de choix pour juger l’aptitude d’une eau à usage agricole.
 
Conductivité Qualité d’eau K
0,05 microS Ultra pure 0,01
0,5....1 Bi-distillée 0,1
2...3 Distillée 0,1...0,6
500 à 800 De ville 1,0
1 mS   1,0
10 mS   1,0
56 mS De mer 35%° 1,0
100 mS saumâtre 1,0....10,0