Étude des propriétés hydriques et des mécanismes d ... - sacre

Chapitre 3 : Etude des propriétés hydriques
Sébastopol et correspondent à l’état totalement saturé où tous les pores sont remplis d’eau. Mais entre
l’état sec et l’état saturé, les pierres peuvent être à différents états hydriques plus ou moins importants
suivant leur caractère hygroscopique.
Le moyen le plus facilement mis en œuvre pour caractériser l’aptitude d’un matériau poreux à
capter et à fixer l’eau est la réalisation d’isotherme d’adsorption/désorption d’eau appelée courbe de
rétention d’eau. Pour ce faire, plusieurs techniques complémentaires sont utilisées afin d’observer les
différents états de saturation des matériaux, de l’état sec à l’état totalement saturé. Ces techniques
proviennent de la mécanique des sols non-saturés (Delage, Techniques de l’ingénieur ; Al-Mukhtar,
1996 ; Vanapalli, 2000) appliquée ici aux roches pour lesquelles le squelette solide est rigide et
cohésif. Lorsqu’elle se trouve à l’état partiellement saturé, la pierre est un milieu polyphasique formé
d’un squelette solide, d’air et d’eau. Du fait des interactions (force de Van der Waals) entre les trois
phases, l’eau et l’air, séparés par des ménisques, sont à des pressions différentes. C’est ainsi que l’on
introduit le terme de succion ψ qui est reliée à une énergie potentielle matricielle développée par la
matrice poreuse du matériau. La succion est aussi appelée pression capillaire ou pression interstitielle
négative car l’eau est en dépression par rapport à la pression atmosphérique de l’air. La capture de
l'eau par les différents pores constituant les milieux poreux des pierres est gouvernée par les forces
d’adsorption et de capillarité. En effet, l’eau étant un fluide mouillant, il faut fournir un travail pour
l’extraire du milieu poreux, et donc appliquer à l’eau une dépression, une succion. Lors de la
physisorption, il se forme un film d’eau pouvant être constitué de plusieurs couches moléculaires.
Quand la succion du milieu diminue, les couches d’eau qui tapissent les parois des pores les plus
étroits peuvent former des ménisques par condensation capillaire et le pore est ainsi rempli d’eau
liquide. Plus la succion diminue, plus les pores de grandes tailles, qui génèrent des pressions
capillaires plus faibles d’après la loi de Laplace [Eq.1], peuvent alors retenir l’eau plus facilement ;
ceci jusqu’à ce que la succion du milieu soit nulle afin que la pierre puisse être saturée totalement.
1.1. Description des techniques d’imposition de la succion
La relation succion / teneur en eau est intimement liée à la structure poreuse, et pour une pierre
donnée, elle constitue une caractéristique intrinsèque importante. C’est pourquoi l’établissement de la
courbe de rétention d’eau est un élément essentiel en mécanique des sols et plusieurs méthodes
d’imposition de la succion ont ainsi été développées (Fredlund, 1993 ; Delage, 1998 ; Fleureau, 2000 ;
Cuisinier, 2002). Néanmoins, la simple application de la loi de Laplace montre que si l’on veut
explorer une gamme raisonnable de taux de saturation, les succions doivent varier dans une gamme
très importante, typiquement de 0 à quelques centaines de MPa. Et pour couvrir l’ensemble de cette
gamme de succions (figure III.1), plusieurs dispositifs expérimentaux complémentaires doivent être
mis en œuvre :
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Kévin Beck (2006)