2. DES DONNEES DE SITE AU LABORATOIRE 41
2.3.1. Degré de saturation
2.3.1.4. Précipitations et séchage naturel : cycle de saturation- saturation-désaturation
à 2 0 °C Pierre de Lens Chamesson
Figure 2-25 Mesure de la cinétique de désaturation des échantillons à 20°C et estimation par courbe de tendance du temps de retour à la masse correspondant à l'état sec
Or, d'après la Figure 2-24, la température implique une forte augmentation de la quantité d’eau contenue dans l’air à partir de 20°C. Nous choisissons donc de ne considérer, pour la prise en compte de l'évaporation, que les températures supérieures à 20°C. L'évaporation doit donc être prise en compte pour les mois où la valeur moyenne maximale de la température est supérieure à 20°C. La Figure 2-4 et la Figure 2-12 donnent les données mensuelles de température pour le calcaire de Chamesson et la Pierre de Lens. Ainsi, pour la Pierre de Lens, la période où les températures moyennes maximales sont supérieures à 20°C est de mai à octobre et pour le calcaire de Chamesson, elle est de juin à septembre.
L'évaluation de l'influence de la température sur le degré de saturation va être effectué selon le même principe que les essais de désaturation précédents (2.3.1.2) mais en passant la température de 5°C (sans évaporation de l'eau) à 20°C (avec évaporation de l'eau).
D'après la Figure 2-25, en prenant en compte l'évaporation et donc la hausse de température associée, on peut dire que la Pierre de Lens et le calcaire de Chamesson sèchent en 3 jours à 20°C.
2.3.1.4. Précipitations et séchage naturel : cycle de
saturation-désaturation
Cette partie vise à établir l'évolution du degré de saturation des échantillons de calcaire au cours d'une année complète. Pour ce faire, nous avons utilisé les données sur les précipitations des stations météorologiques les plus proches des carrières des calcaires étudiés obtenues par le biais de Météo France (2009a). Ces données sont regroupées dans le Tableau 2-2.
Les valeurs du Tableau 2-2 permettent de connaître la fréquence et la quantité d'apport en eau par les précipitations sur les deux sites. Ces valeurs sont nécessaires pour établir l’évolution du degré de saturation en fonction du mois de l’année :
- à Troyes Barberey (Chamesson), le nombre de jours avec précipitations par mois est relativement constant et vaut 10 ± 1 jours. Nous considérons que le nombre de jours avec précipitations est réparti de façon homogène sur le mois, ce qui fait qu'il pleut en moyenne tous les 3 jours. De plus, la hauteur de précipitations mesurée mensuellement est également assez stable et vaut 54,3 ± 6,2 mm. L'apport en eau est donc, en moyenne, de 7 mL tous les 3 jours, en considérant que les 10 jours de précipitations sont bien répartis sur le mois.
- à Nîmes-Courbessac (Pierre de Lens), le nombre de jours avec précipitations par mois est relativement constant et vaut 6 ± 1 jours. Nous considérons donc là aussi que le nombre de précipitations est bien réparti sur le mois, soit des précipitations tous les 5 jours. En revanche, la hauteur de précipitations mesurée mensuellement est très variable : elle vaut 65,2 ± 25,9 mm. La quantité d'eau doit donc être considérée de façon plus détaillée tout au long de l'année. Il existe en fait trois périodes :
+ une période avec des précipitations semblables à celles du site de Chamesson (de novembre à juin et août et septembre) avec une moyenne de 62,0 ± 9.6 mm de précipitations, soit un apport en eau de 14 mL tous les 5 jours;
+ une période sèche en juillet (26,9 mm de précipitations, soit un apport en eau de 6 mL tous les 5 jours);
+ une période très arrosée en octobre (135,7 mm de précipitations, soit un apport en eau de 29 mL tous les 5 jours).
Station Météo France (calcaire concerné) Troyes Barberey (Chamesson) Nîmes Courbessac (Pierre de Lens) Quantité : Hauteur de précipitations (mm) Fréquence : Nombre de jours avec précipitations (j) Quantité : Hauteur de précipitations (mm) Fréquence : Nombre de jours avec précipitations (j) 1971-2000 Cumul mensuel moyen Total mensuel moyen Cumul mensuel moyen Total mensuel moyen janvier 51,3 11 74,5 7 février 47,4 10 57,9 6 mars 51 11 51,5 6 avril 50,8 10 65,9 7 mai 60,7 11 61,7 6 juin 58,1 10 47 5 juillet 47,6 7 26,9 3 août 48,6 7 51,8 4 septembre 55 8 72,7 5 octobre 64,4 10 135,7 7 novembre 52,1 10 67,4 6 décembre 64,4 11 69,6 6 Moyenne 54,3 10 65,2 6 Ecart type 6,2 1 25,9 1
Tableau 2-2 Données sur les précipitations (Météo France, 2009a) des stations météorologiques les plus proches des calcaires étudiés, valeurs mensuelles.
Le Tableau 2-3 donne, à partir des informations du Tableau 2-2, les cinétiques d'apport en eau à prendre en compte expérimentalement pour la détermination du degré de saturation en fonction du mois de l’année.
Précipitations Chamesson Pierre de Lens
Période toute l'année de novembre à juin et
août et septembre
juillet octobre
Quantité mensuelle 54 mm 65 mm 27 mm 136 mm
Fréquence 10 jours/mois 6 jours/mois
Sur la surface des éprouvettes 40*80
Quantité mensuelle 65 mL 82 mL 37 mL 171 mL
Cinétique 7 mL/3jours 14 mL/5jours 6 mL/5jours 29 mL/5jours
Tableau 2-3 Résumé des données météorologiques et calcul de la cinétique d'apport d'eau pour des éprouvettes cylindriques 40*80 mm
On a choisi arbitrairement de commencer l'apport en eau le 1er juillet, période où l'échantillon contient peu d'eau. Ce choix arbitraire ne change rien à l'interprétation et l'exploitation des résultats faites dans la suite de ce paragraphe.
De plus, pour des éprouvettes cylindriques 40*80 mm, des mesures du volume des vides ont été réalisées sur un nombre conséquent d'éprouvettes pour estimer le volume d'eau accessible dans les échantillons des deux calcaires.
Par ailleurs, les cinétiques de saturation et de désaturation des éprouvettes du calcaire de Chamesson et de la Pierre de Lens ont été établies aux paragraphes 2.3.1.1 et 2.3.1.2.
Un récapitulatif de ces informations est donné dans le Tableau 2-4.
L'ensemble des informations (apport en eau par les précipitations et cinétiques de saturation et de désaturation des deux calcaires) permet, par calcul, d'établir les variations du degré de saturation des éprouvettes du calcaire de Chamesson et de la Pierre de Lens au cours d'une année simulée. Apport en eau Volume des vides par échantillon Cinétique de saturation Cinétique de désaturation Période de
l'année concernée Quantité
moyenne (mL)
Valeur
(mL/jour) Période de l'année
Valeur (mL/jour) d'octobre à mai 0,4 Chamesson Toute l'année 7
mL/3jours 16 16 de juin à septembre 5,3 juillet 6 mL/5jours août et septembre 14 mL/5jours de novembre à avril 0,6 octobre 29 mL/5jours Pierre de Lens de novembre à juin 14 mL/5jours 17 17 de mai à octobre 5,7
Tableau 2-4 Récapitulatif de l'ensemble des informations obtenues pour l'établissement du cycle de saturation/désaturation
Ce calcul a été effectué de la façon suivante :
- pour chaque jour de l'année, on donne l'apport en eau (tous les 3 jours pour le calcaire de Chamesson et tous les 5 jours pour la Pierre de Lens) en commençant le 1er juillet;
- le calcul commence pendant la période la plus chaude de l'année (1er juillet), c'est-à-dire en été, de cette façon, il est raisonnable de partir d'un état sec (0% du degré de saturation); - le jour d'apport en eau est considéré comme un jour de saturation en eau pour le calcaire considéré (sachant que cet apport ne peut pas dépasser le volume total de vides que peut contenir un échantillon);
- les jours qui suivent, avant le prochain jour d'apport en eau, correspondent à des jours de désaturation (la cinétique de désaturation dépend de la période de l'année, avec ou sans évaporation).
On obtient ainsi un volume d'eau contenu dans le calcaire pour chaque jour de l'année, le rapport de ce volume d'eau sur le volume d'eau total que peut contenir un échantillon donne le degré de saturation du calcaire pour chaque jour de l'année. On aboutit ainsi au cycle de saturation-désaturation expérimental des deux calcaires.
La Figure 2-26 donne l'évolution du degré de saturation en fonction des mois de l'année. Ce graphique ne fait pas apparaître les oscillations entre chaque apport en eau (baisse du degré de saturation lors de la désaturation puis augmentation lors de la saturation) pour une meilleure lisibilité et représentativité. Ainsi, c'est la valeur moyenne du degré de saturation qui est donnée. Elle est calculée entre deux jours d'apport en eau (moyenne sur 3 jours pour le calcaire de Chamesson et sur 5 jours pour la Pierre de Lens). Nous avons ainsi obtenu une courbe d'évolution sur une année du degré de saturation des deux calcaires en fonction de leurs conditions climatiques respectives.
Ce diagramme permet donc de fixer l’évolution du degré de saturation des calcaires au cours des cycles d'altération expérimentaux envisagées.
Le degré de saturation maximal (situé à plus de 90%) est proche du degré de saturation obtenu par imbibition des éprouvettes selon la norme NF B 10-504 (1973) (Tableau 2-5). Cette norme décrit une méthode de mesure du coefficient d'absorption d'eau pour des pierres calcaires. On peut donc considérer que cette méthode est satisfaisante pour préparer les échantillons. 0% 10%