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

Chapitre 4 : Etude du comportement mécanique selon l’état hydrique
d’incompressibilité et de cisaillement) et de la densité apparente, qui peut être assez sensible pour les
pierres poreuses. Les états sec et saturé sont des états simples car ils représentent un milieu biphasé
avec la phase solide et une phase fluide (eau ou air), mais les états partiellement saturés sont plus
complexes car ils représentent un milieu triphasé avec la phase solide et deux phases fluides (eau et
air) possédant des densités et des propriétés élastiques différentes.
Vitesse du son Vp (m/s)
2000
1800
1600
1400
1200
1000
V p = 1800 m/s
Tuffeau banc
V p = 1250 m/s
0 20 40 60 80 100
Degré de saturation (%)
(a): tuffeau blanc
V p = 1940 m/s
(b) : pierre de Sébastopol
Figure IV.6 : évolution de la vitesse du son (ondes ultrasonores P) suivant le degré de saturation pour
le tuffeau blanc et la pierre de Sébastopol (sens ⊥ au lit de la pierre)
L’allure des courbes est la même pour les deux pierres mais les différentes variations sont beaucoup
plus marquées dans le cas du tuffeau blanc. A partir de l’état saturé jusqu’à un degré de saturation
d’environ 80 %, la vitesse des ondes P chute très fortement et arrive rapidement à sa plus basse valeur.
Dans ce domaine de saturation, le système passe d’un milieu biphasé "solide + eau" à un milieu
triphasé avec l’émergence de bulles d’air qui remplissent progressivement l’espace poral. On a donc
une augmentation du nombre d’interfaces "eau / air" qui viennent s'ajouter aux interfaces "solide /
eau". Cette multiplication de passages d’un milieu à un autre induirait alors une atténuation de la
propagation des ondes P. A partir d’un degré de saturation limite de 80 %, dont la valeur est proche du
degré de saturation obtenu par imbibition à pression atmosphérique, on observe un plateau couvrant un
large domaine de degré de saturation (de 80 % à 30 %) pour lequel la vitesse du son n’évolue plus et
reste stable à sa valeur minimale. Pour ce domaine de saturation, le nombre d’interfaces "eau / air"
créé par l’apparition des bulles d’air doit alors être constant et avoir atteint son maximum pour gêner
la propagation de l’onde. Le degré de saturation et donc la quantité d’eau diminuant, ce n’est que
l’épaisseur des différentes couches d’eau tapissant le squelette solide qui doit diminuer et la taille des
bulles d’air dans les pores doit augmenter, le nombre d’interfaces restant constant. Ensuite, à partir
d’un degré de saturation d’environ 20 % et donc proche de la valeur du degré de saturation critique Src
(surtout dans le cas du tuffeau) qui correspond à la limite de continuité hydraulique, la vitesse du son
augmente de manière importante. L’eau ne formant plus un film liquide continu sur les parois du
squelette solide, le nombre d’interfaces "eau / air" commenceraient à diminuer, facilitant ainsi la
Vitesse du son Vp (m/s)
2500
2300
2100
1900
1700
1500
V p = 2180 m/s
Pierre de Sébastopol
V p = 1970 m/s
0 20 40 60 80 100
Degré de saturation (%)
V p = 2460 m/s
Kévin Beck (2006) 137