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1 I-METHODE DE MESURE DE LA POROSITE AU LABORATOIRE La porosité est la valeur u

1 I-METHODE DE MESURE DE LA POROSITE AU LABORATOIRE La porosité est la valeur utilisée pour décrire l'ensemble des vides (ou pores) d'un échantillon de matériau solide donné. Cet attribut est couramment mesuré pour le sol, car des niveaux de porosité appropriés sont nécessaires pour que des plantes puissent pousser. La porosité peut être calculée théoriquement à l'aide d'équations et de valeurs données, ce qui est le cas lorsque vous êtes confronté à ce type de questions lors d'un examen. Les différents types de porosité Les eaux souterraines s’écoulent :  Dans les pores des roches sableuses. C’est la porosité d’interstice.  Dans les fissures et fractures des roches compactes sans pores interconnectés (granites, calcaires…). C’est la porosité de fissure.  Dans les karsts, c’est-à-dire dans des réseaux de galeries ouvertes creusées par l’eau. C’est la porosité de karst. D’une manière générale, les roches meubles sont poreuses « en petit » (porosité d’interstice) et les roches compactes poreuses « en grand » (porosité de fissures et de karst). Typologie des porosités (BRGM) Quelques ordres de grandeurs des valeurs de porosités totale et efficace (BRGM, 2015) Lithologie Porosité totale Porosité efficace Sables 20 à 40 % 10 à 25 % 2 Lithologie Porosité totale Porosité efficace Craie 10 à 40 % 1 à 5 % Calcaires massifs fissurés 1 à 10 % 1 à 5 % Argiles 40 à 50 % 1 à 2 % Mesure de la porosité La porosité totale (pt) se définit de la façon suivante : Pt (%) = Volume des vides / volume total de la roche x 100 Cette porosité totale peut se décomposer en : - pe (porosité efficace) : c'est la quantité d'eau de gravité contenue dans une roche, ou quantité d'eau mobile. - cr (capacité de rétention) : c'est la quantité d'eau liée aux particules et/ou capillaire 3 La porosité totale est la somme de ces deux composantes ; pt = pe (porosité efficace) + cr (capacité de rétention). Plus la particule est de petite dimension, plus la composante "pe" diminue et donc plus la composante "cr" augmente. Roches poreuses pt (%) pe (%) Sable et gravier 25 à 40 15 à 25 Sable fin 30 à 35 10 à 15 Argile 40 à 50 1 à 2 Craie 10 à 40 1 à 5 Calcaire (fissuré) 1 à 10 10 à 50 Mesurer la porosité d'une roche : Pt (%) = Volume des vides / volume total de la roche x 100 Il est possible de déterminer le volume d'eau contenu dans une roche en pesant la roche avant et après un séjour prolongé dans l'eau. La différence mesurée en gramme est convertie en volume 1g = 1 cm3, ce volume représente le volumes des vides. Il est possible de mesurer le volume total de la roche en mesurant la quantité d'eau déplacée lors de son immersion. MESURE DE LA POROSITE SUR DES ECHANTILLONS Pour mesurer la porosité des échantillons, il faut effectuer des mesures sur 02 04 03 facteurs qui sont volume total vt , volume des pores et volume des grains solides. o Préparation des échantillons pour la mesure de la porosité o , on doit obéir à certaines conditions. Volume total de l’échantillon vt est compris entre 5 et 70 cm  Si on utilise une forme régulière (formes géométriques tel que cubique, cylindrique).  Si on utilise des formes irrégulières, il faut que les arrêtes ne soient par vives. 4  Les échantillons qui contiennent la substance ou matière organique, ce dernier doivent Être extrait, ensuite l’échantillon doit être lavé.  L’échantillon doit être sèche avant toute opération de la mesure de la porosité a- Mesure du volume total des échantillon  Échantillon régulière Pour mesurer le vt Des échantillons réguliers, on a besoin seulement d’un pied à coulisse b- Échantillon irrégulière Pour mesurer le vt Des échantillons irréguliers, on utilise plusieurs méthodes dont on S’intéresse seule et on procède au : Pesage de l’échantillon à l’air libre Peser l’échantillon dans une solution de mercure P1 : poids de l’échantillon a l’air libre Pa pousséed’Archimède P2 : poids de l’échantillon dans le mercure  Autre méthode 5 Réaliser le montage ci-dessus. Ouvrir le robinet. L'eau va ainsi, par gravité, monter dans la roche meuble. Quand l'eau arrive au sommet du sol, fermer le robinet et lire le volume d'eau écoulée et qui a servi à remplir tous les espaces vides du sol. Si vous connaissez le volume de la roche meuble, vous pouvez déterminer la porosité totale. I-1Méthode Directe de Mesure au Laboratoire On distingue :  Les mesures sur échantillons non-remaniés ;  Les mesures sur des échantillons remaniés I-1-1 Mesure de la porosité sur des échantillons non -remaniés Il existe une seule méthode qui est dite "de sommation des fluides". Elle implique d'enrober l'échantillon (avec de la paraffine par exemple) à la sortie du carottage, pour que les fluides présents dans la porosité ne s'échappent pas. Les volumes d'air sont mesurés à l'aide d'un porosimètre à mercure. Les volumes d'eau et d'hydrocarbures sont mesurés par distillation fractionnée à température ordinaire. I-1-2 Mesure de la porosité sur des échantillons remaniés En laboratoire, les échantillons doivent être dans le même état physique avant de réaliser les mesures, ce qui impose de les préparer. Il faut tout d'abord extraire les fluides de l'échantillon, avec, par exemple :  Un extracteur de Soxhlet Un extracteur de Soxhlet (ou appareil de Soxhlet) est une pièce de verrerie utilisée en chimie analytique et en chimie organique qui permet de faire l'extraction par solvant en continu d'une espèce chimique contenue dans une poudre solide. Cet appareil porte le nom de son inventeur 6 Il se compose d'un corps en verre (4) dans lequel est placée une cartouche en papier-filtre épais en forme d'un bâtonnet (5), d'un tube siphon (6-7) et d'un tube d'adduction (3). Dans le montage, l'extracteur est placé sur un ballon (2) contenant le solvant d'extraction (1). Dans l'extracteur est insérée une cartouche dans laquelle est placé la poudre contenant l'espèce à extraire ; puis un réfrigérant (9-10-11) est adapté au-dessus de l'extracteur (il est également souhaitable d'utiliser un chauffe-ballon avec agitation magnétique intégrée, afin d'éviter des à- coups d'ébullition qui provoquent une remontée du liquide contenu dans le ballon et non de vapeurs de solvant pures. À défaut on peut placer des billes de verres dans le ballon). Quand le ballon est chauffé, les vapeurs de solvant passent par le tube adducteur, se condensent dans le réfrigérant et retombent dans le corps de l'extracteur, faisant ainsi macérer le solide dans le solvant (chauffé par les vapeurs se trouvant en dessous). Le solvant condensé s'accumule dans l'extracteur jusqu'à atteindre le sommet du tube-siphon, qui provoque alors le retour du liquide dans le ballon, accompagné des substances extraites, et le solvant contenu dans le ballon s'enrichit donc progressivement en composés solubles. Le solvant continue alors de s'évaporer, alors que les substances extraites restent dans le ballon (leur température d'ébullition doit être nettement supérieure à celle du solvant extracteur).  Un extracteur de Dean-Stark L'appareil de Dean-Stark ou Dean-Stark, ou appareil de Dean et Stark ou montage de Dean- Stark est un montage de verrerie de laboratoire utilisé en chimie de synthèse pour extraire l’eau (ou d’autres liquides) d'un milieu réactionnel. Il a été inventé par Ernest Woodward Dean et David Dewey Stark en 1920. 7 Il est utilisé en association avec un réfrigérant à eau et un chauffe-ballon afin d’éliminer l’eau produite par une réaction chimique s’effectuant en chauffage à reflux. Deux types de dispositif Dean et Stark existent, selon que la densité du solvant que l’on utilise est inférieure ou supérieure à celle de l’eau. Un Dean-Stark en laboratoire se compose généralement d’un élément de verrerie cylindrique et vertical, généralement gradué sur toute sa longueur et se terminant par un robinet, tout comme une burette. Le haut du cylindre est ajusté au bas du condenseur à reflux, et possède aussi un bras qui est relié au ballon ou réacteur contenant le milieu réactionnel. Au cours de la réaction, des vapeurs contenant le solvant et l’espèce à extraire montent jusqu’au condenseur et, une fois liquéfiés, tombent dans le cylindre gradué. À l’intérieur de celui-ci, les liquides non-miscibles se séparent en 2 phases. Lorsque la phase supérieure (moins dense) atteint le niveau du bras, elle coule dans celui-ci et retourne dans le ballon réacteur alors que la phase inférieure reste dans le cylindre. Lorsque cette phase inférieure atteint elle aussi le bras, elle pourrait elle aussi retourner dans le réacteur, il faut donc le vider (en ouvrant le robinet) autant que nécessaire.  Une extraction par centrifugation La centrifugation est un procédé de séparation des composés d'un mélange en fonction de leur différence de densité en les soumettant à une force centrifuge. Le mélange à séparer peut être constitué soit de deux phases liquides, soit de particules solides en suspension dans un fluide. 8 L'appareil utilisé est une machine tournante à grande vitesse appelée centrifugeuse. Cette technique ne fait pas partie des uploads/Geographie/ exposer-de-mecaniq-des-roches.pdf