CHAPITRE 4 RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX ET INTERPRÉTATION
4.5 Dessiccation (ou processus de perte en eau) progressive
La dessiccation est définie comme le processus de perte en eau d’un sol en assèchement ou soumis à un environnement chaud. Pour les matériaux à perméabilité relativement faible comme les résidus miniers (qui se drainent assez difficilement), l’évaporation peut être considérée comme la cause principale de la perte en eau près de la surface. Pour bien évaluer le processus de perte en eau dans ces matériaux, l’équipement a été conçu de sorte que l’évaporation puisse être considérée comme le seul processus de perte en eau.
Cette section présente les résultats de l’évolution de la teneur en eau et du degré de saturation vec le temps, pour les conditions d’expérimentation considérées. Ces résultats incluent ceux obtenus lors des essais de retrait avec les échantillons Manitou-3 dont les résultats de retrait n’ont
matériau.
Pour ces échantillons, les sée et
procédé g
4 lution de l’évaporation et de la teneur en eau avec le tem
L'évaporation est le processus par lequel l'eau liquide est transformée en vapeur et enlevée de la surface n. C’est un des é nts fondamentaux dans le cycle hydrologique. Il est également à la base de la dessiccation des sols qui engendre à son tour une diminution de la
neur en eau w. a
pas été présentés à cause des difficultés de monitoring de volume évoquées pour ce résultats du processus de dessiccation ont été déterminés par pe ravimétrique.
.5.1. Évo ps
d'évaporatio léme
te
Les deux types d’évaporation auxquels nous avons porté une attention lors de cette étude sont : - L’évaporation potentielle (PE) qui est l’évaporation qui s’effectue à partir de la surface de
l’eau libre. Dans le cadre de cette recherche, cette évaporation est évaluée à partir d’un récipient (lysimètre) rempli d’eau et dont le diamètre qui sert de surface d’évaporation est connu ;
- L’évaporation actuelle (AE) qui s’effectue à partir de la surface du sol ou de l’échantillon, et qui peut varier avec la teneur en eau.
Les résultats présentant l’évolution de l’évaporation et de la teneur en eau (figures 4.13 à 4.18) ont été obtenus lors des tests réalisés dans des conditions opératoires décrites dans le tableau 4.5. Le taux d'évaporation est calculé à partir de la perte d'eau (section 3.3.1.3 du chapitre 3), ce taux varie avec les conditions externes (comme la température, l'humidité relative, la vitesse du vent, etc…) et les propriétés internes tels que la teneur en eau initiale et la densité ou l'état initial du sol (Min et Nhat, 2007). Le rôle de la conductivité hydraulique dans le taux d’évaporation est aussi non négligeable car elle contrôle le flux d'eau du sol vers la surface, et donc son évaporation.
Tableau 4.5 Conditions ambiantes lors des essais de retrait
Matériau Température (°C) Humidité relative (%) Durée du processus de dessiccation (Échantillon de 36 mm d’épaisseur) Bulyanhulu 22.1 ± 1.4 ºC 31 à 54% 17 jours Laronde 23.6 ± 1.5 ºC 28 à 47% 14 jours Manitou - 1 23.1 ± 1.3 ºC 33 à 51% 20 jours Manitou - 2 23.9 ± 1.2 ºC 31 à 76% 33 jours Manitou - 3 23.9 ± 1.2 ºC 33 à 63% 16 jours Goldex 22.9 ± 2.2 ºC 34 à 62% 14 jours
Les figures 4.13 à 4.18 présentent l’évolution de l’évaporation cumulée et de la teneur en eau avec le temps. Les conditions ambiantes ont été suivies pour chaque matériau selon la procédure décrite au chapitre 3.
Figure 4.13 Évolution de l’évaporatio –
Résid ulu 38.68% et e 114)
n cumulée et de la 0 = 1.
teneur en eau en fonction du temps us Bulyanh (w0 =
Figure 4.14 Évolution de l’évaporation cumulée et de la teneur en eau en fonction du temps – Résidus Laronde (w0 = 32.79% et e0 = 1.268)
Figure 4.15 Évolution de l’évaporation cumulée et de la teneur en eau en fonction du temps – Résidus Manitou 1 (w0 = 52.15% et e0 = 1.474)
Figure 4.16 Évolution de l’évaporation cumulée et de la teneur en eau en fonction du temps – Résidus Manitou 2 (w0 = 55.20% et e0 = 1.640)
Figure 4.17 Évolution de l’évaporation cumulée et de la teneur en eau en fonction du temps – Résidus Manitou 3 (w0 = 32.79% et e0 = 1.072)
Figure 4.18 Évolution de l’évaporation cumulée et de la teneur en eau en fonction du temps –
ut observer que l’allure des courbes évaporation cumulée - mps est la même pour tous les échantillons, sauf pour l’échantillon Manitou-2. L’évaporation potentielle (PE) cumulée est représentée par des points disposés en une ligne droite (et la valeur Résidus Goldex (w0 = 32.25% et e0 = 0.895)
Sur les figures 4.13 à 4.18, on pe te
de PE est pratiquement constante pour les conditions d’expérimentation). La pente de cette droite permet de déterminer le taux d’évaporation potentielle moyen lors de l’expérimentation.
L’évaporation actuelle (AE) cumulée quant à elle est une courbe qui présente trois phases : - Une première phase où la perte de l’eau dans le sol est plus grande que la perte de l’eau
dans le lysimètre (AE > PE). Pour tous les essais, cette phase dure entre 50 à 70 heures en moyenne, ce qui correspond aux 2 ou 3 premiers jours de l’essai;
- Une deuxième phase où la courbe est parallèle à l’évolution de l’évaporation potentielle avec le temps. Durant cette phase, la pente de la relation de l’évaporation cumulée en fonction du temps est égale à la pente de la condition PE; cette pente persiste jusqu’à ce
décroit de plus en plus, vue que la grande partie de l’eau est déjà évaporée, jusqu’à l’assèchement complet de l’échantillon (AE < PE).
Ce comportement (allure des courbes) vis-à-vis de l’évolution de l’évaporation actuelle (AE) avait déjà été observé par Blight (2002) qui a étudié l’évaporation des surfaces de sols.
On peut également remarquer sur les figures 4.13 à 4.18 que la courbe de l’évaporation actuelle cumulée est plus haute pour l’échantillon le plus épais et que le processus de dessiccation pour cet échantillon prend plus de temps. Ceci est logique car cet échantillon contient une quantité d’eau plus grande que les autres ; la teneur en eau initiale étant la même, la quantité d’eau que contient l’échantillon est proportionnelle au volume du matériau mis en place.
Pour l’échantillon Manitou-2 (échantillon dont la granulométrie est la plus fine), cette allure est
tion actuelle cumulée pour tous les échantillons anitou-2 est une courbe bilinéaire dont la première partie est pratiquement parallèle à la droite
que la majeure partie de l’eau contenue dans l’échantillon se soit évaporée ; - Une troisième phase où la valeur de AE
un peu différente. L’évolution de l’évaporation potentielle cumulée est une ligne droite (comme pour tous les autres matériaux). L’évapora
M
de l’évaporation potentielle cumulée avec le temps, alors que la deuxième partie présente une chute du taux d’évaporation jusqu’à l’assèchement complet. Ce comportement particulier pourrait toutefois être lié aux fluctuations des conditions opératoires durant les essais.
Les courbes teneur en eau w versus temps t montrent que la teneur en eau dans chaque échantillon diminue progressivement avec le temps. On remarque que cette diminution de teneur
n eau avec le temps est plus lente dans l’échantillon le plus épais, qui prend plus temps pour arriver à assèchement. Ceci est lié aux facteurs déjà évoqués ci-haut. Ces courbes représentant la
On remarque sur la figure 4.19 que les courbes degré de saturation Sr versus temps t présentent ois phases :
ction de
e diminue presque e
relation teneur en eau w versus temps t seront utilisées pour la détermination du temps critique d’entrée d’air dans le matériau. Cet aspect sera aussi regardé dans le chapitre cinq de ce travail.
4.5.2 Évolution du degré de saturation avec le temps
La figure 4.19 présente l’évolution du degré de saturation avec le temps pour les différents matériaux testés. Cette représentation n’a pas été possible pour les échantillons Manitou-3, il n’a pas été possible de mesurer la déformation à chaque instant de séchage.
tr
- Une première phase où le matériau reste saturé avec le temps. Cette phase continue jusqu’à l’entrée de l’air dans le matériau. La durée de cette phase est fon
l’épaisseur de l’échantillon : plus l’échantillon est épais, plus il reste saturé longtemps; - Une deuxième phase qui commence aussitôt que l’air entre dans le matériau. Durant cette
phase, on constate une chute du degré de saturation avec le temps, suivant une pente donnée.
- Une troisième phase où le degré de saturation devient très faible et n
plus. Ceci s’explique par le fait que l’échantillon a perdu la quasi-totalité de son eau.
Ces courbes peuvent également servir d’indicateur sur le temps d’entrée d’air dans le matériau (échantillon). Il est possible de trouver une expression (modèle analytique) pouvant décrire ces courbes. Ce modèle pourrait servir à évaluer le temps critique d’entrée d’air qui correspondrait au temps où le degré de saturation s’écarte de la ligne de saturation 100%. Toutefois, cet aspect ne sera pas regardé dans cette étude.
Figure 4.19 Évolution du degré de saturation des résidus miniers en fonction du temps lors des essais de retrait a) Bulyanhulu b) Laronde c) Manitou 1 d) Manitou 2 e) Goldex (Les indices des vides initiaux e et les teneurs en e0 au initiales w0 sont repris sur les figures 4.13 à 4.18 ci-dessus)