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

Chapitre 2 : Caractérisation morphologique des matériaux
Tuffeau blanc Pierre de Sébastopol
Densité des solides ρs (g/cm 3 ) 2,54 2,70
Porosité totale Ntot 48,4 % 42,6 %
Tableau II.5 : résultats de la pycnométrie pour le tuffeau blanc et la pierre de Sébastopol
Les différences principales entre les deux pierres peuvent se visualiser facilement par le coefficient
de dispersion et le diamètre seuil. Le domaine poreux du tuffeau est très étendu (Cd = 41) alors qu’il
est beaucoup plus restreint autour d’une valeur moyenne dans la pierre de Sébastopol (Cd = 4), et cette
valeur correspond à un réel seuil de percolation de la pierre qui est de l’ordre de 20 µm. Le diamètre
de pore seuil du tuffeau est d’environ 5 µm. Ainsi, l’analyse porosimétrique indique qu’il existe un
facteur 4 entre le tuffeau blanc et la pierre de Sébastopol concernant le diamètre seuil d’accès de pore.
La morphologie du milieu poreux a été approchée par porosimétrie au mercure qui donne une allure
de la distribution porale du matériau. Il faut néanmoins avoir conscience que la porosimétrie au
mercure est une méthode invasive mesurant le volume cumulé des différents diamètres d’accès au pore
comme les étranglements, et non des diamètres réels des pores. De même, les images de microscopie
ne sont que bidimensionnelles et ne montrent donc que des coupes de pores. L’approche la plus
représentative de l’organisation texturale pourrait être obtenue par une analyse en trois dimensions de
la pierre à partir d’une reconstitution d’images réalisées par tomographie à rayons X (Al-Raoush,
2005 ; Ketcham, 2005 ; Taud, 2005). Mais là encore, les dimensions réduites des échantillons testés et
la faible résolution des mesures limitent la parfaite représentativité des données obtenues. La taille
courante des voxels est d’une dizaine de micromètres (Gualda, 2006 ; Cnudde, 2006) et l’inconvénient
principal de cette technique est la forte limitation de la taille de l’échantillon analysé quand on veut
avoir une bonne résolution (Wildenschild, 2002), et les meilleures résolutions sont de l’ordre de 0,2
µm, ce qui laisse encore une large gamme de pores inexplorés pour une pierre comme le tuffeau.
3.3.2. Surface spécifique
La surface spécifique est définie pour un milieu poreux comme la somme des surfaces développées
par les particules formant le squelette du milieu (et donc la surface des parois des pores) pour une
unité de masse du matériau poreux. Elle représente donc la surface susceptible de fixer des molécules
par adsorption et varie essentiellement selon la taille des pores et l’importance de la fraction argileuse.
La valeur de surface spécifique la plus proche de la réalité est donnée par l’adsorption physique et la
condensation capillaire de gaz à basse température (méthode B.E.T. de Brunauer-Emett-Teller du
noms de ses auteurs, 1938). Le principe de cette méthode est détaillé à l’annexe A.4. Des échantillons
d’environ 1 cm 3 (volume suffisant pour être représentatif des matériaux) sont préalablement séchés et
dégazés à 140°C pendant 24 heures pour s’assurer de l’évaporation de toute l’eau de l’espace poral.
L’isotherme d’adsorption-désorption d’azote à 77 K (température d’ébullition de l’azote) est réalisée
Kévin Beck (2006) 79