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

Chapitre 3 : Etude des propriétés hydriques
♦ Les solutions salines saturées : domaine des fortes succions (de 1000 à 2,7 MPa)
La succion ψ, représentant la pression négative de l’eau par rapport à l’air qui est à la pression
atmosphérique, peut être reliée à l’humidité relative Hr de l’atmosphère quand il y a équilibre de l'eau
liquide avec sa vapeur en condition isotherme et ceci est décrit par la loi de Kelvin :
ρ . R.
T ⎛ P ⎞
⎜ ⎟
ρ . R.
T
ψ =
[Eq.15]
( ) T
eau v eau
Ln = Ln Hr
M ⎜ M
eau P ⎟
⎝ vs ⎠ eau
T
où Pv est la pression partielle de la vapeur d’eau, Pvs la pression partielle de vapeur saturante, T la
température, R la constante des gaz parfaits, Meau et ρeau la masse molaire et la masse volumique de
l’eau respectivement.
Ainsi, pour générer des fortes succions (correspondant aux atmosphères d’humidités relatives
courantes), la méthode consiste en l’utilisation d’enceintes où règne une humidité contrôlée par une
solution saline saturée. En effet, lorsqu’une solution saturée en sel est en équilibre thermodynamique
avec sa vapeur, l’humidité relative reste constante pour une valeur donnée de la température.
L’humidité relative ainsi générée dépend de la nature chimique de l’espèce en solution. Et la
coexistence de la solution saturée en sel avec la phase solide sert de tampon, et la solution saline
saturée peut capter ou céder de l’eau afin de garder cette pression de vapeur d’eau d’équilibre. Pour
certains sels, l’humidité relative générée par une solution saline saturée dépend beaucoup de la
température. Il convient donc de faire les mesures dans une pièce à température contrôlée. Les sels
courants peuvent ainsi balayer une large gamme d’humidités relatives (de Hr = 5% pour ZnCl2 à Hr =
98% pour CuSO4, 5H2O). La liste des sels utilisés avec l’humidité relative qu’ils imposent à 20°C est
présentée à l’annexe B1.
♦ Les solutions osmotiques : domaine des succions intermédiaires (de 1,5 à 0,1 MPa)
La méthode osmotique permet de générer une gamme de succions plus faibles que les solutions
salines saturées. Le contrôle de la succion repose sur le principe de l’osmose dans lequel deux
solutions de concentrations différentes mises en contact par une membrane semi-perméable
s’équilibrent par transfert de solvant (en l’occurrence l’eau). A l’équilibre, il existe alors entre les deux
solutions un gradient de pression qui représente la surpression qu’il faudrait appliquer à la solution
concentrée pour annuler le flux de solvant au travers de la membrane. Elle est reliée à la pression
capillaire. A l’équilibre, le potentiel d’hydratation des macro-molécules est égal à celui du matériau
poreux et l’on peut établir par étalonnage une équivalence entre la concentration de la solution
osmotique et la pression interstitielle négative de l’eau (succion). En pratique, on utilise une solution
de macro-molécules organiques de PEG (polyéthylène glycol) et le poids moléculaire du PEG le plus
fréquemment utilisé est de 20 000 Da (1 Dalton (Da) = 1,6605.10 -24 g) reliée à l’échantillon par une
membrane de dialyse dont le diamètre des pores est inférieur à 500 nm ; ces dimensions permettent de
Kévin Beck (2006) 87