Inclinomètre

Un inclinomètre est un inclinomètre sensible conçu pour mesurer de très petites variations du niveau vertical, soit au sol, soit dans les structures. Les inclinomètres sont largement utilisés pour surveiller les volcans , la réponse des barrages au remplissage, les petits mouvements des glissements de terrain potentiels , l'orientation et le volume des fractures hydrauliques et la réponse des structures à diverses influences telles que la charge et le tassement des fondations. Les inclinomètres peuvent être purement mécaniques ou incorporer des capteurs à corde vibrante ou électrolytiques pour la mesure électronique. Un instrument sensible peut détecter des changements aussi faibles qu'une seconde d'arc .

Les inclinomètres ont une histoire longue et variée, quelque peu parallèle à celle du sismomètre . Le tout premier inclinomètre était un pendule stationnaire de grande longueur . Ils ont été utilisés dans les tout premiers grands barrages en béton et sont toujours utilisés aujourd'hui, complétés par des technologies plus récentes telles que les réflecteurs laser . Bien qu'ils aient été utilisés pour d'autres applications telles que la surveillance des volcans, ils présentent des inconvénients distincts, tels que leur grande longueur et leur sensibilité aux courants d'air. Même dans les barrages, ils sont progressivement remplacés par l'inclinomètre électronique moderne.

La surveillance des volcans et des mouvements de la Terre utilisait alors l'inclinomètre à tube d'eau et à longue base. En 1919, le physicien Albert A. Michelson a noté que la disposition la plus favorable pour obtenir une sensibilité élevée et une immunité aux perturbations de température est d'utiliser la surface équipotentielle définie par l'eau dans une conduite d'eau enterrée à moitié remplie. Il s'agissait d'un simple agencement de deux pots d'eau, reliés par un long tube rempli d'eau. Tout changement d'inclinaison serait enregistré par une différence de remplissage d'un pot par rapport à l'autre. Bien qu'ils soient largement utilisés dans le monde entier pour la recherche en sciences de la Terre, ils se sont avérés assez difficiles à utiliser. Par exemple, en raison de leur grande sensibilité aux différentiels de température, ils doivent toujours être lus au milieu de la nuit.

L'inclinomètre électronique moderne, qui remplace peu à peu toutes les autres formes d'inclinomètre, utilise un principe de niveau à bulle simple, comme celui utilisé dans le niveau de charpentier commun. Comme le montre la figure, un ensemble d'électrodes détecte la position exacte de la bulle dans la solution électrolytique, avec un degré de précision élevé. Les moindres variations de niveau sont enregistrées à l'aide d'un enregistreur de données standard. Cet ensemble est assez insensible à la température et peut être entièrement compensé à l'aide d'une électronique thermique intégrée.

Une nouvelle technologie utilisant des capteurs à systèmes microélectromécaniques (MEMS) permet d'effectuer facilement des tâches de mesure d'angle d'inclinaison en mode mono-axe ou bi-axe. Des instruments inclinomètres/inclinomètres numériques à 2 axes à commande MEMS de très haute précision sont disponibles pour les applications de mesure d'angle rapides et de profilage de surface nécessitant une très haute résolution et une précision d'une seconde d'arc. Les inclinomètres/inclinomètres à 2 axes à commande MEMS peuvent être compensés numériquement et étalonnés avec précision pour la non-linéarité et la variation de température de fonctionnement, ce qui se traduit par une précision angulaire et des performances de stabilité supérieures sur une plage de mesure angulaire plus large et une plage de température de fonctionnement plus large. De plus, l'affichage numérique des lectures peut empêcher efficacement l'erreur de parallaxe telle que celle rencontrée lors de la visualisation de fioles à « bulles » traditionnelles situées à distance.

L'application la plus spectaculaire des inclinomètres se situe dans le domaine de la prévision des éruptions volcaniques. Comme le montre cette figure de l'USGS, le volcan principal d' Hawaï ( Kilauea ) a pour habitude de remplir la chambre principale de magma, puis de se décharger dans un évent latéral. Le graphique montre ce schéma de gonflement de la chambre principale (enregistré par l'inclinomètre), de drainage de cette chambre, puis d'éruption de l'évent adjacent. Chaque nombre au sommet de l'inclinaison, sur le graphique, correspond à une éruption enregistrée.

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  Principe d'un inclinomètre électronique moderne
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  Graphique montrant le cycle d'inflation du volcan Kīlauea