New in situ techniques for the estimation of the dielectric properties and moisture content of soils

Two original in situ HF techniques of dielectric characterization in two wide bands have been developed in order to estimate the moisture content of soils by complex impedance measurement. These techniques are based on the capacitive effect (1–20 MHz) and on the propagation of electromagnetic waves at high frequencies (0.1–4 GHz). The two measurement techniques use straight conductors that are inserted into the soil. Specific inversion algorithms were developed to estimate the apparent real permittivity of the soil versus frequency from the complex impedance. The validation of both instruments was made in the laboratory in the presence of dry and wet sands. In situ experiments were also made at high frequencies. These complementary devices should enlarge the range of usual soil moisture measurement techniques.

RésuméDeux techniques d’hyperfréquences originales de caractérisation diélectrique in situ dans deux bandes larges de fréquence ont été développées, afin d’estimer la teneur en eau de sols par des mesures d’impédance complexe. Ces techniques sont fondées sur l’effet capacitif (1–20 MHz) et sur la propagation des ondes électromagnétiques en hautes fréquences (0,1–4 GHz). Les deux instruments de mesure sont constitués de conducteurs droits qui sont enfouis dans le sol. Des algorithmes d’inversion spécifiques ont été développés en vue d’estimer la permittivité réelle apparente du sol, en fonction de la fréquence à partir de l’impédance complexe. La validation a été réalisée en laboratoire sur des sables secs et humides et sur le terrain pour l’instrument hautes fréquences. Ces moyens de mesure doivent élargir le choix des techniques de mesure d’humidité dans les sols.