Porøsitet

Den porøsitet er det sæt af hulrum (porer) af et materiale fast stof, er disse hulrum fyldt med væske (flydende eller gas). Det er en fysisk størrelse mellem 0 og 1 (eller, i procent, mellem 0 og 100%), som betinger flowet og tilbageholdelseskapaciteten for et substrat (se også Darcy's lov ).

Porøsitet er også en numerisk værdi defineret som forholdet mellem volumen af ​​hulrum og det samlede volumen af ​​et porøst medium:

eller:

Type porøsitet

Porøsiteten kan have forskellige oprindelser, specifikke for materialet og dets udvikling over tid, hvilket fører til porer af forskellig størrelse og geometri, mere eller mindre indbyrdes forbundne.

I henhold til porernes form og oprindelse

Vi Skelner således porøsiteten af ​​porerne (eller "  primær porøsitet  ") og porøsiteten af revner (eller "  sekundær porøsitet  ");

I henhold til porestørrelse

Man kan skelne porerne efter størrelsen, og således definerer IUPAC følgende porøsiteter:

"Multimodal porøsitet" er den for faste stoffer, der omfatter to typer porøsitet (f.eks. Mikro-mesoporøs).
I tilfælde af forbundne porer strømmer væsken i porerne meget hurtigere i store porer og danner makroporøsitet (vandstrøm) end i små, der danner mikroporøsitet (kræfter med kapillaritet, der holder vand). Makroporøsitet fremmer beluftning af jorden og tilførsel af ilt til levende jordorganismer , mikroporøsitet udgør et reservoir af vand og næringsstofudveksling for disse organismer. Tyngdevandet (også kaldet frit vand eller mætningsvand) indeholdt i lacunarrummene (mellem aggregaterne), der strømmer af tyngdekraften mod vandbordet, låner makroporøsiteten og flyder lodret med hastigheder afhængigt af porernes diameter. Den aftørring punkt (maksimale mængder vand, at jorden kan tilbageholde) svarer til slutningen af strømmen af vand ved hjælp af tyngdekraften og til det vand, der kan anvendes af planter (begrebet den anvendelige vand reserve på en jord ). Det opnås, når kapillærvandet (også kaldet kabelbanevand), der fylder hullerne i mesoporøsiteten, er rigeligt gennemblødt af nedbør, vanding eller kunstvanding . Det tager normalt 2 til 3 dage efter, at en regn oversvømmer jorden med vand i gennemtrængelig jord med ensartet struktur og struktur. Rødderne absorberer dette vand op til punktet for midlertidig visning (karakteristisk for plantearter og hver sort), reversibelt, derefter til det punkt af permanent visning, som nås, når jordpartiklernes kraft tilbageholdes af vand (hudvand tilbage form af meget tynde film omkring partiklerne) er lig med den maksimale sugekraft, der udøves af planten. Den teoretisk anvendelige mængde vand er forskellen i fugtighed mellem blødgøringspunktet og visningspunktet.

I henhold til porernes art

De pedologists skelne biologisk porøsitet eller rørformet (bioporer genereret af biologisk aktivitet), den stoflige porøsitet (mikroporøsitet skabt af samlingen af partiklerne) og strukturelle porøsitet (makroporøsitet mellem aggregater , der inkorporerer den revne porøsitet, biologiske eller endog 'kulturel oprindelse).

Porøsitet og udnyttelse af underjordiske ressourcer

I forbindelse med udnyttelse af underjordiske ressourcer skelner vi mellem:

Porøse klipper

De kan opsamle og opbevare gasser eller væsker. De siges at være "  reservoir klipper  ". Denne væske kan være naturgas , råolie , bitumen eller vand  ; det kan være ankommet naturligt (naturlige olie- eller gasreserver) eller er blevet injiceret af mennesker ( underjordisk opbevaring ).

Porøsitetsmodeller

Statistiske modeller

Statistiske modeller består i at definere en funktion af punkterne f (M), hvor M er et punkt afhængigt af koordinaterne for mellemrum.

Vi tildeler derefter værdien 1 til funktionen, hvis punktet M er placeret i et vakuum, og værdien 0, hvis punktet er i det faste stof.

Disse modeller gør det muligt at modellere et materiales porøsitet i rummet. De giver dog dårlige kvalitative resultater.

Arrangementer af kugler

Kapillarrør - Purcell-model

Denne model gør det muligt at modellere porøsiteten, men også permeabiliteten . Det består i at definere et bestemt antal lige kapillærer, der krydser materialet. Denne model er begrebsmæssigt tilfredsstillende, men i praksis repræsenterer den dårligt virkeligheden. Faktisk er kapillærerne lige og kommunikerer ikke med hinanden.

Rose og Bruce forbedrede denne model ved at tage højde for kapillærernes “Τ” skildpadde .

Fatt's Network Model (1956)

Houpeurt og Ehrlich model

Porøsitetsmåling

For at måle porøsitet kan tre parametre bestemmes:

Direkte laboratoriemålemetoder

Vi skelner mellem:

Porøsitetsmåling på uforstyrrede prøver

Der er kun en metode, der kaldes "opsummering af væsker". Det indebærer overtrækning af prøven (f.eks. Med paraffin) ved udgangen af ​​kernen, så væskerne i porøsiteten ikke undgår.

Luftmængderne måles ved hjælp af et kviksølvporosimeter. Volumen af ​​vand og kulbrinter måles ved fraktioneret destillation ved stuetemperatur.

Porøsitetsmåling på omarbejdede prøver

I laboratoriet skal prøverne være i samme fysiske tilstand inden målingerne, hvilket betyder, at de skal forberedes. Væskerne skal først ekstraheres fra prøven med for eksempel:

Samlet volumenmåling Vt Måling af Vs
  • Brug af et pycnometer
  • Nedsænkningsmetode
  • Brug af et kompressionskammer
Måling af Vp ved hjælp af et kviksølvporosimeter

Dette indebærer indsprøjtning af et volumen kviksølv i prøven under tryk.

Kviksølv fylder hullerne i en prøve af det tidligere tørrede materiale. Det er kun at se på det injicerede volumen af ​​kviksølv for at få porevolumen såvel som porestørrelsesfordelingen.

Bestemmelse af porøsitet in situ: logs

Neutron logning

En sonde sender neutroner i en brønd. Disse reflekteres på hydrogenerne i vandet og vender tilbage til en nedsat receptor. Sensoren tæller antallet af returnerede neutroner. Denne metode er ikke pålidelig for jord, der indeholder for stor en brøkdel af ler. Derudover har den ulempen at antage, at jorden er mættet med vand.

Måling af jordmodstand

Med undtagelse af ler er almindelige jordmaterialer isolerende, men elektricitet cirkulerer i den våde fase af jorden.

Derfor antager vi jordens modstandsdygtighed over for jordens modstand, hvis det antages, at jord er mættet med vand.

Noter og referencer

  1. Jernot JP (1985) Morfologisk analyse af porøse medier . I kemiske annaler (bind 10, nr. 4, s.  319-330 ). Lavoisier.
  2. "  Måling af porøsitet på en del  " , på MetalBlog ,1 st juni 2017
  3. (en) J. Rouquerol et al. , “  Anbefalinger til karakterisering af porøse faste stoffer (teknisk rapport)  ” , Pure & Appl. Chem , bind.  66,1994, s.  1739–1758 ( DOI  10.1351 / pac199466081739 , læs online [gratis download pdf])
  4. Michel-Claude Girard, Christian Schvartz, Bernard Jabiol, Jordstudie . Beskrivelse, kartografi, brug , Dunod ,2011( læs online ) , s.  92.
  5. (in) FJ Veihmeyer og AH Hendrickson , "  Fugtækvivalenten som et mål for jordens feltkapacitet  " , Soil Science , vol.  32, n o  3,September 1931, s.  181–194 ( ISSN  0038-075X , DOI  10.1097 / 00010694-193109000-00003 , læst online , adgang til 4. august 2018 )
  6. Jean-Michel Gobat, Michel Aragno, Willy Matthey, Levende jord: pædagogiske grunde, jordbiologi, PPUR Presses polytechniques,2010, s.  62.
  7. Gallerier med telluriske mikroorganismer , rødder og rodrotter eller gravende dyr , som letter cirkulationen af ​​vand og luft.
  8. Netværk af fordybningsslidser, der begrænser jordaggregater.
  9. Denis Baize, Lille pædagogisk leksikon , Quæ-udgaver ,2016, s.  15
  10. Pierre Stengel, "  Brug af analysen af ​​porøsitetssystemer til karakterisering af jordens fysiske tilstand in situ  ", Annales agronomique , bind.  30, n o  1,1979, s.  27-51

Se også

Relaterede artikler

eksterne links