Porozitate

Porozitatea este setul de goluri (pori) dintr - un material de solid, aceste goluri sunt umplute cu fluide (lichid sau gaz). Este o mărime fizică între 0 și 1 (sau, în procente, între 0 și 100%), care condiționează capacitățile de curgere și de reținere ale unui substrat (vezi și legea lui Darcy ).

Porozitatea este, de asemenea, o valoare numerică definită ca raportul dintre volumul golurilor și volumul total al unui mediu poros:

sau:

Tipul de porozitate

Porozitatea poate avea diverse origini, specifice materialului și evoluția acestuia în timp, ceea ce duce la pori de dimensiuni și geometrie diferite, mai mult sau mai puțin interconectați.

După forma și originea porilor

Noi Astfel facem distincția între porozitatea porilor (sau „  porozitatea primară  ”) și porozitatea fisurilor (sau „  porozitatea secundară  ”);

În funcție de mărimea porilor

Putem distinge porii după dimensiune, astfel încât IUPAC definește următoarele porozități:

„Porozitatea multimodală” este cea a solidelor care conțin două tipuri de porozitate (de exemplu, micro-mezoporoasă).
În cazul porilor aferente, fluidul conținut în porii curge mult mai repede în pori mari, formând macroporozitate (debitul de apă), decât în cele mici, formând microporozitate (forțele de capilaritate de retenție a apei). Macroporozitatea favorizează aerarea solului și alimentarea cu oxigen a organismelor vii din sol , microporozitatea constituie un rezervor de apă și schimb de nutrienți pentru aceste organisme. Apa gravitațională (numită și apă liberă sau apă de saturație) conținută în spațiile lacunare (între agregate) care curge prin gravitație către pânza freatică, împrumută macroporozitatea și curge vertical la viteze în funcție de diametrul porilor. Punctul de ștergere (cantități maxime de apă pe care le poate reține solul) corespunde sfârșitului fluxului de apă prin gravitație și apei care poate fi utilizată de plante (noțiunea rezervei utile de apă a unui sol ). Se obține atunci când apa capilară (numită și apă funiculară) care umple golurile din mezoporozitate este îmbibată abundent de precipitații, udare sau irigare . De obicei durează 2 până la 3 zile după ce o ploaie inundă solul cu apă în soluri permeabile cu structură și textură uniforme. Rădăcinile absorb această apă până la punctul de ofilire temporară (caracteristică speciilor de plante și a fiecărui soi), reversibilă, apoi la punctul de ofilire permanentă care se atinge atunci când forța de reținere a apei de către particulele din sol (apa pielii reținută în formă de pelicule foarte subțiri în jurul particulelor) este egală cu forța maximă de aspirație exercitată de plantă. Cantitatea de apă utilizabilă teoretic este diferența de umiditate dintre punctul de înmuiere și punctul de ofilire.

După natura porilor

De pedologi distinge porozitate biologică sau tubulară (biopores generate de activitatea biologică), al porozitatea texturale (microporozitate create prin asamblarea particulelor) și porozitate structurală (macroporozitate între agregate , care încorporează porozitatea fisurii, sau chiar „origine culturală biologică).

Porozitatea și exploatarea resurselor subterane

În contextul exploatării resurselor subterane, distingem:

Roci poroase

Pot captura și stoca gaze sau lichide. Se spune că sunt „  roci de rezervor  ”. Acest fluid poate fi gaz natural , petrol , bitum sau apă  ; este posibil să fi ajuns în mod natural (rezerve naturale de petrol sau gaze) sau să fi fost injectat de om ( depozitare subterană ).

Modele de porozitate

Modele statistice

Modelele statistice constau în definirea unei funcții a punctelor f (M), unde M este un punct în funcție de coordonatele spațiilor.

Apoi atribuim valoarea 1 funcției dacă punctul M este situat în vid, iar valoarea 0 dacă punctul este în solid.

Aceste modele permit modelarea porozității unui material în spațiu. Cu toate acestea, ele dau rezultate calitative slabe.

Aranjamentele sferelor

Pachet capilar - model Purcell

Acest model face posibilă modelarea porozității, dar și a permeabilității . Acesta constă în definirea unui anumit număr de capilare drepte care traversează materialul. Acest model este satisfăcător din punct de vedere conceptual, dar în practică reprezintă slab realitatea. Într-adevăr, capilarele sunt drepte și nu comunică între ele.

Rose și Bruce îmbunătățit acest model prin luarea în considerare a „Τ“ sinuozității a capilarelor.

Modelul rețelei lui Fatt (1956)

Modelul Houpeurt și Ehrlich

Măsurarea porozității

Pentru a măsura porozitatea, pot fi determinați trei parametri:

Metode de măsurare directă în laborator

Distingem:

Măsurarea porozității pe probe netulburate

Există o singură metodă care se numește „însumarea fluidelor”. Aceasta implică acoperirea probei (de exemplu cu parafină) la ieșirea din carotaj, astfel încât fluidele prezente în porozitate să nu scape.

Volumul de aer este măsurat folosind un porosimetru cu mercur. Volumele de apă și hidrocarburi sunt măsurate prin distilare fracționată la temperatura camerei.

Măsurarea porozității pe probe prelucrate

În laborator, probele trebuie să fie în aceeași stare fizică înainte de efectuarea măsurătorilor, ceea ce înseamnă că trebuie pregătite. Fluidele trebuie mai întâi extrase din probă, cu, de exemplu:

Măsurarea volumului total Vt Măsurarea Vs
  • Utilizarea unui picnometru
  • Metoda de imersie
  • Utilizarea unei camere de compresie
Măsurarea Vp folosind un porosimetru cu mercur

Aceasta implică injectarea unui volum de mercur în probă sub presiune.

Mercurul umple golurile unei probe din materialul uscat anterior. Rămâne doar să ne uităm la volumul de mercur injectat pentru a obține volumul porilor, precum și distribuția mărimii porilor.

Determinarea porozității in situ: bușteni

Înregistrarea neutronilor

O sondă trimite neutroni într-o fântână. Acestea sunt reflectate de hidrogenii din apă și revin la un receptor încetinit. Senzorul ia în considerare numărul de neutroni returnați. Această metodă nu este fiabilă pentru solurile care conțin o fracțiune prea mare de argile. În plus, are dezavantajul presupunerii că solul este saturat cu apă.

Măsurarea rezistivității la sol

Cu excepția argilelor, materialele obișnuite ale solului sunt izolante, dar electricitatea circulă în faza umedă a solului.

Prin urmare, presupunând soluri saturate cu apă, rezistivitatea solului va fi o funcție a porozității.

Note și referințe

  1. Jernot JP (1985) Analiza morfologică a mediilor poroase . În Analele chimiei (Vol. 10, Nr. 4, p.  319-330 ). Lavoisier.
  2. „  Măsurarea ratei de porozitate pe o parte  ” , pe MetalBlog ,1 st iunie 2017
  3. (ro) J. Rouquerol și colab. , „  Recomandări pentru caracterizarea solidelor poroase (Raport tehnic)  ” , Pure & Appl. Chem , vol.  66,1994, p.  1739–1758 ( DOI  10.1351 / pac199466081739 , citiți online [descărcare gratuită pdf])
  4. Michel-Claude Girard, Christian Schvartz, Bernard Jabiol, Studiul solului. Descriere, cartografie, utilizare , Dunod ,2011( citiți online ) , p.  92.
  5. (în) FJ Veihmeyer și AH Hendrickson , "  Echivalentul de umiditate ca măsură a capacității câmpului solurilor  " , Știința solului , vol.  32, n o  3,Septembrie 1931, p.  181–194 ( ISSN  0038-075X , DOI  10.1097 / 00010694-193109000-00003 , citit online , accesat la 4 august 2018 )
  6. Jean-Michel Gobat, Michel Aragno, Willy Matthey, Living soil: bases of pedology, biology soil , PPUR Presses polytechniques,2010, p.  62.
  7. Galerii de microorganisme telurice, rădăcini și rădăcini sau animale care îngroapă , care facilitează circulația apei și a aerului.
  8. Rețea de fante de adâncitură care limitează agregatele de sol.
  9. Denis Baize, Mic lexic de pedologie , ediții Quæ ,2016, p.  15
  10. Pierre Stengel, „  Utilizarea analizei sistemelor de porozitate pentru caracterizarea stării fizice a solului in situ  ”, Annales agronomique , vol.  30, n o  1,1979, p.  27-51

Vezi și tu

Articole similare

linkuri externe