Etat initial

Dans les sols modèles, on considère deux porosités distinctes : la porosité inter-agrégats et la porosité intra-agrégats. Des mesures antérieures ont montré que la mesure de distribu- tion de temps de relaxation sur l’ensemble d’un échantillon poreux saturé dépend de la taille

5.2. Etat initial 105 des pores dans lesquels l’eau est contenue (chapitre 2, figure 2.14). Pour avoir une idée de la répartition des domaines de tailles de pores, nous pouvons donc utiliser cette mesure. La figure 5.2 représente la répartition du signal T2 dans l’ensemble de trois colonnes d’agrégats

de sol (n°A). On distingue plusieurs pics, répartis entre 1 et 2400 ms. Le pic situé autour de 1,1 et 1,3 s représente l’eau dans les grands pores, c’est-à-dire la porosité inter-agrégats. Cette porosité regroupe la plus grande partie de l’eau totale. Les autres pics représentent l’eau intra-agrégats, et la large distribution de ces pics montre que la tailles des pores est assez étalée. Le pic au T2 le plus court (entre 1 et 2 ms) représente l’eau contenue dans les

argiles.

Nous pouvons comparer la distribution T2 aux données expérimentales afin de vérifier

notre interprétation. Pour cela, on calcule la proportion d’eau dans et entre les agrégats. La masse volumique des colonnes ρcol, calculée à partir de la masse d’agrégats secs et du volume

des colonnes, est entre 1,19 et 1,20 g/cm3. La masse volumique des agrégats ρ

agr est estimée

à 1,7 g/cm3 et celle des éléments solides ρ

s à 2,65 g/cm3. La porosité totale des colonnes

εt est alors estimée par εt = 1 − ρcol/ρs soit 0,55. Cette porosité comprend la totalité de

l’eau d’une colonne. La porosité inter-agrégats s’exprime par : εinter = 1 − ρcol/ρagr soit entre

0,29 et 0,30. Cela représente 54 % de l’eau de la colonne. L’eau contenue dans les agrégats représente le reste de l’eau, soit 46 %.

Sur les distributions de T2 présentées figure 5.2, nous pouvons isoler le pic du temps de

relaxation le plus long et calculer l’aire sous la courbe ; elle représente 54 % du signal pour la colonne A2 et 56% pour A3. Nous pouvons donc confirmer l’hypothèse selon laquelle ce pic représente le signal de l’eau contenue dans la porosité inter-agrégats.

Il est aussi possible de comparer cette distribution à celles dans les milieux poreux mo- dèles. Dans les billes et dans le sable, le signal T2 est principalement mono exponentiel. Il est

de 1,8 ms dans les grosses billes, 1,4 ms dans les petites billes et 0,8 ms dans le sable. Il est possible de relier les valeurs de T2 à la taille des pores de ces matériaux. Cependant, la valeur

de T2 dépend aussi de la relaxivité de surface des matériaux. La comparaison de deux ma-

tériaux différents sera donc difficile tant que la relaxivité de surface des matériaux n’est pas définie. C’est pourquoi nous ne pouvons pas dire que les pores les plus grands des agrégats, dont le signal T2 est de 1,3 ms, sont plus petits que les pores des milieux poreux modèles ;

nous pouvons uniquement dire avec certitude qu’il s’agit bien de l’espace inter-grains. Cette distribution multi-exponentielle de T2 entraîne une complication de l’interpréta-

tion du signal ; le signal "double écho" DE contient un signal modulé par plusieurs temps de relaxation de proportions différentes, donc l’effet des particules en suspension ne sera pas directement proportionnel au signal mesuré. Par ailleurs, il est possible que les particules s’adsorbent dans des petits pores où l’eau a déjà un temps de relaxation court à cause des éléments paramagnétiques naturellement présents dans le sol. L’effet des particules adsorbées ne changera pas la relaxation dans ces pores, et donc ne changera pas l’intensité du signal

Figure 5.2: Intensité du signal T2 pour les colonnes A2 et A3.

provenant de ces pores.

Du fait de l’hétérogénéité des agrégats et de la méthode de remplissage des colonnes, il est important de vérifier que la distribution de l’eau au sein des colonnes est globalement similaire d’une colonne à l’autre, et qu’elle est homogène sur l’ensemble de la colonne. Les vérifications présentées au chapitre 2 permettent d’assurer la reproductibilité des caracté- ristiques des colonnes, mais nous pouvons encore le confirmer en utilisant la séquence SPI pour mesurer toute l’eau, et la séquence DE pour voir la partie de l’eau qui relaxe le plus lentement (donc l’eau associée aux plus grands pores).

La séquence DE montre une teneur en eau globalement plus grande en haut de colonne qu’en bas. Ce schéma se reproduit pour toutes les colonnes (voir figure 5.3). On note aussi une répartition de la teneur en eau en « dents de scie » avec des paliers d’environ 1,5 cm, plus ou moins marqués selon les colonnes. Cela s’explique par la méthode de remplissage des colonnes, avec un pressage manuel appliqué sur les agrégats tous les 1,5 cm. Ce pressage en- traîne une détérioration de la porosité, une compression progressive des agrégats sur chaque couche de 1,5 cm ; la compression est décroissante avec la distance à la zone de pressage et elle entraine la diminution de la proportion de zones inter-agrégats. La taille des pores est alors réduite, donc l’eau va relaxer plus vite, et ne sera pas détectée par la séquence DE. Il faut noter la légère différence de signal DE pour la colonne A1, un peu plus bas que les autres colonnes entre 9 et 13 cm.

5.2. Etat initial 107

Figure 5.3: Comparaison des profils DE pour les cinq colonnes d’agrégats, avant toute injection de particules (les colonnes sont toutes préparées de façon identique, numérotées A1, A2, C1, C2 et C3).

Les mesures SPI sont présentées sur la figure 5.4. Pour les mesures des colonnes C nous avons utilisé un programme sous le logiciel Paravision, et pour les colonnes A nous avons utilisé un programme similaire développé sous Xwin-NMR. Le but était d’utiliser le même logiciel que celui utilisé pour les mesures DE, afin d’inclure ces mesures pendant l’expérience (un seul logiciel peut faire les mesures automatiquement en boucle pendant une expérience). Cependant, il s’est avéré que les particules n’étaient pas visibles sur cette séquence. Nous l’avons donc uniquement utilisée pour mesurer les teneurs en eau des colonnes avant les in- jections de particules. Il faut noter que l’utilisation de logiciels différents et les différences de traitement ont engendré des difficultés en termes de comparaison des données ; en par- ticulier, les unités des profils étaient différentes. Nous avons donc mesuré les profils d’un échantillon quelconque (ici eau et CuSO4) avec les deux séquences (utilisées pour mesurer

les teneurs en eau des colonnes A et C) pour permettre de les normaliser et comparer les teneurs en eau dans les colonnes. En moyenne on trouve un signal SPI de 32,6 – 33,0 – 30,8 respectivement pour A1, A2 et A3 et 34,6 – 36,3 pour C1 et C2. Les teneurs en eau sont donc assez constantes d’une colonne à l’autre, et légèrement plus grandes pour C1 et C2.

0 10 20 0 10 20 30 40

Signal SPI

Hauteur (cm)

Signal SPI

Figure 5.4: Comparaison des profils SPI des cinq colonnes d’agrégats, avant toute injection de particules (les colonnes sont toutes préparées de façon identique, numérotées A1, A2, C1, C2 et C3).