Permeabilitatea unui mediu poros măsoară capacitatea sa de a permite unui fluid să treacă prin ea sub efectul unui gradient de presiune sau un câmp gravitațional. Această cantitate este legată de legea lui Darcy . Absența permeabilității se numește impermeabilitate .
O presupunere care stă la baza definiției este că fluxul în mediu este fluxul Stokes . Această presupunere este utilizată pentru a stabili ecuația Darcy din descrierea porozității prin metoda de calculare a volumului sau prin omogenizare . Permeabilitatea este o proprietate a mediului și, prin urmare, independentă de fluidul care trece prin acesta, lichid sau gazos. Acest lucru ar trebui calificat prin faptul că fenomenele fizice specifice gazelor pot apărea în medii cu porozitate scăzută, fenomen descris de ecuația Darcy-Klinkenberg . În același mod, vâscozitatea unui lichid poate avea un debit mare, în funcție de numărul Reynolds format cu dimensiunea caracteristică a porozității. Această corecție a legii lui Darcy este conținută în legea lui Darcy-Forchheimer .
Pentru un material poros izotrop traversat de un debit, coeficientul de permeabilitate k este o valoare scalară definită din legea lui Darcy care dă fluxul de masă q sau viteza medie în mediul V f (viteza de filtrare) a unui fluid cu densitate ρ, de cinematică vâscozitatea ν sub influența unui gradient de presiune ∇ p și a unui câmp gravitațional g :
k este dimensiunea unei suprafețe. Unitatea standard de permeabilitate este deci m 2 .
Pentru un material care este izotrop dar nu omogen pe scara porozității, coeficientul de permeabilitate este o distribuție statistică a cărei medie este în general reținută.
Pentru un material omogen, dar nu izotrop, coeficientul de permeabilitate este un tensor definit de aceeași ecuație ca mai sus. De exemplu pentru un mediu izotrop transversal stratificat se va scrie tensorul de permeabilitate (axa z perpendiculară pe straturi):
În cazul general, permeabilitatea unui mediu este descrisă de 5 parametri: 3 coeficienți de permeabilitate și 2 unghiuri pentru orientarea acestui mediu în raport cu axele adecvate ale materialului.
În câmpul hidraulic în care gradientul de presiune este neglijabil q , V f și g sunt aliniate și această expresie este scrisă în formă scalară:
Această expresie definește conductivitatea hidraulică K (rata de filtrare).
Darcy (simbolul D) este definit ca permeabilitatea unui mediu în care un fluid cu o vâscozitate de 1 centipoise (apă la 20 ° C), supus unui gradient de presiune de 1 atm, curge la viteza de 1 cm.s -1 . Luând în considerare definiția unității atmosferice p 0 = 1,01325 × 10 5 Pa și conversia celorlalte unități (cm, centipoise) avem:
Îndrăzneala, deși este încă în uz, este o unitate învechită.
Cei Geologii și geomorphologists distins în permeabilitatea rocă fisura și permeabilitatea porilor . Primul „este legat de faptul că rocile prezintă discontinuități (în) la toate scările moștenite din modul lor de plasare și din trecutul lor tectonic . La scară macroscopică, vom vorbi de „macro-cracare“: rosturi de stratificare (în cazul rocilor sedimentare ), șistozitate și foliația avioane (în cazul rocilor metamorfice ), articulații , defecte și zonele de strivire. Aceste discontinuități sunt atât de multe planuri de slăbiciune de-a lungul cărora diferitele procese de fragmentare mecanică și alterare chimică a rocilor vor putea acționa. La scara microscopică (microfisură), observăm, de asemenea , planuri de decolteare ale anumitor minerale, cum ar fi structura lamelară a micii , sau microfisurile care traversează boabele de cuarț . Permeabilitatea porilor (care corespunde golurilor intergranulare) se va juca, în esență, la o scară foarte fină, aceea a dimensiunii cristalelor din microsistemele de contact (în cazul rocilor poliamerale, metamorfice) sau a gradului de cimentare (în cazul de roci sedimentare) ” .
Măsurarea este efectuată de un permeametru. Acest termen generic descrie diferite dispozitive destinate măsurării gazelor sau lichidelor, pentru fiecare fluid într-un interval de permeabilitate dat, măsurare efectuată în laborator sau in situ (măsurare geologică). În toate cazurile, presiunea este măsurată sau impusă și se măsoară debitul.
Calculul se bazează pe cunoașterea sau modelarea porozității.
Se poate modela problema prin reducerea acesteia la probleme la care se cunoaște soluția analitică:
Parametrii (dimensiunea, spațierea) sunt aleși astfel încât să respecte cunoștințele pe care le avem în plus, în general porozitatea. Obținem astfel legea lui Kozeny-Carman sau cea a lui Ergün .
Mai recent, tehnicile de microtomografie au făcut posibilă restabilirea geometriei exacte a mediului și, în consecință, efectuarea unui calcul exact al permeabilității. Acest calcul se efectuează pe diferite casete definite în material și oferă acces la distribuția statistică a acestei proprietăți. Mai mult, această metodă face posibilă calcularea porozității, desigur, dar și a altor parametri, cum ar fi conductivitatea termică aparentă prin conducere, dar și radiații.
Solurile au coeficienți de permeabilitate variind de la 10 -7 pentru pietriș până la 10 -20 m 2 pentru anumite argile.