Version du 7 novembre 2022 à 17:54

On appelle couramment «capillarité», un phénomène spontanée d'humidification d'un matériau par la remontée d'eau libre dans la porosité de ce matériau, et ceci indépendamment de la gravité. Ce phénomène spontanée ne peut se manifester que dans des matériaux dont la porosité est très fine (de la taille d'un capillaire) et au contact d'une surface d'eau libre.

Le coefficient de capillarité est une valeur qui permet de comparer les propriétés de remontée capillaire des roches entre elles. En effet, l'augmentation de la teneur en eau des roches peut affecter leur résistance mécanique et la connaissance de ce coefficient est indispensable dans le choix des roches notamment dans le bâtiment.

Les essais de références

Le coefficient de capillarité peut être facilement déterminé par l'essai normalisé NF EN 1925^[1] qui s'applique aux matériaux rocheux, mais également dans certains cas, aux sols.
Ce coefficient correspond à l'augmentation de la masse d'eau remontée par capillarité, par unité de surface et de temps pour un échantillon donné. Il s’exprime en g.m^-².s^-1. La courbe obtenue permet de comparer l'aptitude des matériaux à développer ce phénomène de capillarité. Plus le coefficient sera grand plus le matériau s'imbibe rapidement par remontée d'eau capillaire.

description de l'éprouvette

Les échantillons normalisés peuvent être des cubes ou des cylindres d’élancement égal à 1. Des formats d'éprouvettes de 7 ou 5cm sont à privilégier, toutefois des élancements ou des diamètres différents peuvent être utilisés. Il est très important d’avoir une surface de base plane et une géométrie mesurable pour déterminer la surface de remontée capillaire la plus précise possible.
Les échantillons doivent être préalablement séchés avant d’être immergé dans une frange d’eau de quelques millimètres. Un espace sous l’échantillon (à l’aide d’une pierre poreuse par exemple) doit être laissé pour une libre circulation du fluide et son imbibition.

description de l'essai

Le suivi de la masse des échantillons est fait par pesée sur une balance, d'abord à pas de temps régulier, puis à des intervalles de temps de plus en plus espacés. L'éprouvette est simplement prélevée à la main, en laissant égoutter quelques instants l'eau libre à la surface du matériau, puis posée sur la balance pour effectuer la pesée.
L'éprouvette est ensuite remise dans le bac pour poursuivre l'essai, et ainsi de suite. L'essai est arrêté lorsque la masse cesse d’évoluer (Figure 1).
La durée de l’essai peut être de quelques heures à plusieurs pour atteindre la saturation en fonction du matériau testé.

Figure 1 : visualisation d'un essai de capillarité en cours, la frange d'ascension capillaire peut être visualisé avec le changement de couleur lié à la saturation

Figure 2 : courbe d'ascension capillaire de différentes roches sédimentaire

Expression du résultat

La prise de masse est ensuite rapportée à la surface de l'échantillon et au pas de temps (en racine carré seconde) de l'essai. Le pas de temps entre chaque pesée doit être adapté en fonction de la gamme de valeurs attendue. Le pas de temps doit être allongé entre chaque essai et adapté en fonction de la gamme de capillarité attendu. Un échantillon peu capillaire devra avoir des pas de temps plus importants, la norme n'imposant pas de valeurs prédéfini.

Le coefficient de capillarité obtenu est ainsi exprimé en g.m^-².s^-1. La notation abrégée du coefficient de capillarité est C1 dans un matériau isotrope ou dans le sens perpendiculaire à des litages par exemple. Dans le cas d'une roche anisotrope, par exemple une roche sédimentaire avec un litage, un coefficient noté C2 peut être déterminé dans l'orientation parallèle à cette stratification.

Applications

Le coefficient d’absorption capillaire permet d’apprécier de manière indirecte la porosité, la connectivité et le dimensionnement du réseau poreux. Il s’agit de suivre la prise de masse d’un échantillon dans une frange d’eau par succion capillaire. La prise de masse est conditionnée par le volume disponible (la porosité) et cette force de succion capillaire (dépendante des diamètres de pore). La succion ou tension superficielle correspond à la différence d’attraction à l’interface entre l’eau et la roche (dans notre cas). Ce différentiel d’énergie de surface crée une attraction de l’eau au sein de la porosité. C’est le principe de la paille. Le réseau de pore étant généralement fin, l’attraction se fera sur l’ensemble du réseau jusqu’à sa complète saturation, qui correspond au final au volume de vide de l’échantillon, autrement appelée porosité.

Références

1. ↑ Afnor. 1999. Méthodes d'essai pour pierres naturelles - Détermination du coefficient d'absorption d'eau par capillarité. Juillet 1999.