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

Chapitre 3 : Etude des propriétés hydriques
Le réseau poreux des pierres sédimentaires est constitué d’une succession d’étranglements et
d’évasements rugueux et tortueux, de différentes tailles et interconnectés en trois dimensions. Ainsi,
modéliser le phénomène d’imbibition capillaire est une chose difficile. Un certain nombre d’auteurs
ont proposé des relations empiriques pour décrire au mieux l’imbibition (Hoffmann, 1988 ; Martys,
1997 ; Labajos-Broncano, 1999; Middleton, 2005), ou relier la montée capillaire avec certaines
caractéristiques du milieu poreux mesurées ou modélisées (Benavente, 2002 ; Czachor, 2006 ;
Gladkikh, 2006). Néanmoins, malgré ses hypothèses et approximations discutables, l’expression de
Washburn, au regard de sa simplicité, reste la référence actuelle (norme AFNOR B10-613) pour la
description des courbes d’imbibition.
En utilisant les valeurs moyennes des coefficients visuels d’imbibition des pierres étudiées, les
diamètres capillaires équivalents Dc du tuffeau blanc et de la pierre de Sébastopol peuvent être
calculés en utilisant l’équation [Eq.3] et sont présentés dans le tableau III.4. Les diamètres capillaires
équivalents déduits du modèle de Washburn appliqué aux pierres ne sont pas réalistes car ils sont
nettement inférieurs aux diamètres seuil établis par porosimétrie au mercure et aux tailles de pores
existant réellement car ce modèle théorique ne prend évidemment pas en compte certains paramètres
comme par exemple, l’irrégularité de la taille des pores ou bien la variation de l’angle de contact en
fonction de l’inclinaison des surfaces des minéraux (Mertz, 1989). Néanmoins, on retrouve à peu près
le facteur 4 qui différencie les deux pierres au niveau de leur structure porale.
Dc (µm) Ds (µm)
Tuffeau blanc (Nt = 48%) 0,10 5
Pierre de Sébastopol (Nt = 42%) 0,55 20
rapport D(Séb) / D(Tuf) 5,5 4
Tableau III.4 : Diamètres capillaires équivalents
D’après la figure III.6, on observe que la saturation massique, correspondant à la stabilisation de la
masse d’eau imbibée, ne coïncide pas avec la saturation visuelle, correspondant à l’arrivée du front
capillaire au sommet de l’éprouvette. En effet, il existe un décalage dans la vitesse de saturation durant
le test d’imbibition qui montre que les pierres continuent à se saturer en remplissant des pores dans
lesquels l’eau ne pouvait pas accéder lors de la montée principale. Le tableau III.2 indique les degrés
de saturation du tuffeau blanc et de la pierre de Sébastopol pour les saturations visuelle et massique
durant les tests d’imbibition. Ce décalage entre les saturations visuelle et massique s’explique
facilement dans le cas de la pierre de Sébastopol car le test d’imbibition nécessite une pesée à
intervalles de temps croissant pour les mesures et donc une déconnexion de l’éprouvette avec le
réservoir d’eau. Même si le temps de mesure est très court lors du test (de l’ordre de dix secondes pour
la mesure de la hauteur du front et de la masse), cette déconnexion forcée diminue la quantité d’eau
disponible remplissant les pores lors de la montée capillaire et peut expliquer le retard de l’évolution
Kévin Beck (2006) 99