Protocole d’essais en colonne .1 Débits utilisés

L’eau est injectée dans la colonne grâce à une pompe péristaltique qui maintient le débit constant. Les débits d’injection sont choisis afin d’être dans le domaine de validité de l’équation de Darcy.

Dans notre étude, trois débits sont appliqués pour chaque colonne : q₁=2.500e-6 m s^-1 ; q2=6.833e-6 m s^-1 et q3=2.117e-5 m s^-1. Ces vitesses correspondent aux mêmes ordres de la grandeur des vitesses utilisées pour les études de transfert de solutés en colonne de même taille (Février, 2001; Lassabatère, 2002) .

Pour assurer une grande précision de l’essai, pendant chaque expérience, le débit en sortie est mesuré par pesée à partir des volumes écoulés dans un collecteur de fractions.

II.4.4.2 Régime d’écoulement permanent

Avant chaque créneau de soluté, la solution neutre (NaNO3 10^-2 mol l^-1) est injectée jusqu’à l’obtention du régime permanent d’écoulement (i.e. débits d’alimentation en sortie et poids de la colonne constants). Pour éviter le phénomène d’hystérèse des courbes de rétention du sol, la colonne est alimentée avec des vitesses d’injection croissantes.

Le poids initial de la colonne est mesuré avant chaque essai. La première infiltration se fait sur le sol à l’état hydrique initial de compactage et à la vitesse darcienne la plus petite, q₁=2.500e-6 m s^-1. La solution neutre est appliquée par le haut de la colonne en laissant l’écoulement libre vers le bas (sous l’effet de la gravité). Lorsque les premières gouttes d’eau sortent à la base, le tuyau de sortie de la colonne est raccordé à la même pompe péristaltique d’alimentation. Ainsi, la solution en sortie est aspirée au même débit que l’injection. Le but de cette étape est d’obtenir un profil de teneur volumique en eau uniforme le long de la colonne. Le régime permanent est atteint lorsque le débit en sortie est constant. Les poids des réservoirs de la solution neutre et de la solution en sortie sont mesurés au début d’essai et au moment où l’état stationnaire est établi pour calculer la teneur volumique en eau dans la colonne en régime d’écoulement permanent.

Après l’achèvement d’un essai d’infiltration d’eau et soluté est terminé, la colonne est drainée librement pendant 12h avant de refaire un autre essai. La vitesse darcienne q2 = 6.833e-6 m s^-1, puis q3 = 2.117e-5 m s^-1, est ensuite appliquée en même manière jusqu’à l’obtention de l’état stationnaire d’écoulement.

Normalement, le période d’établissement du régime permanent peut prendre d’une demie heure (vitesse forte) jusqu’à quelques heures (vitesse faible) selon la vitesse darcienne utilisée.

II.4.4.3 Volume d’eau total V0 contenu dans les colonnes

Le volume d’eau total, V₀ contenu dans le milieu poreux est un des paramètres de base pour évaluer les propriétés intrinsèques de chaque expérience ainsi que pour faire une comparaison entre celles-ci. Il peut être différent d’un essai à l’autre.

Il y a deux méthodes pour déterminer ce volume.

La première est de le calculer à partir du volume nécessaire pour atteindre l’état permanent dans la colonne. Ce dernier est la différence entre le volume en entrée (le débit en entrée multiplié par le temps nécessaire pour atteindre l’état permanent) et le volume total mesuré en sortie jusqu’à ce moment. On peut aussi calculer le volume d’entrée au travers de la diminution du poids du réservoir d’eau d’injection. Le volume d’eau total V0 est la somme du volume retenu et du volume d’eau initialement présent dans la colonne. Cependant ici, il faut noter que pendant l’expérience, ces valeurs changent en fonction du temps.

La deuxième méthode est de calculer ce volume à la fin de l’essai d’infiltration. Deux vannes en entrée et en sortie sont fermées et la colonne est enlevée et pesée (Mfin [M]). Le volume d’eau total Vo [L³] est calculé par :

�₀ =�_��� − �₀ − �_�

La différence (possible) entre ces deux méthodes montre les changements du volume d’eau total V0 pendant l’expérience.

II.4.4.4 Injection des solutés

Lorsque le régime permanent est établi, le soluté est injecté sous forme de créneau avec un volume fixe. Le volume du créneau est déterminé à partir du volume d’eau total contenu dans la colonne. Dans notre étude, le volume du créneau est choisi égal à V0/3. Cette proportion permet de raccourcir la durée de l’essai (surtout pour le cas avec la vitesse la plus faible) tout en assurant une bonne précision d’analyse sur les résultats.

II.4.4.5 Collecteur des fractions

Une fois le créneau de soluté appliqué, la colonne continue à être alimentée par la solution neutre afin de maintenir le régime permanent d’écoulement et pousser le soluté dans la colonne. Cet étape se prolonge jusqu’à ce que 6V0 de solution soient injectés dans la colonne (créneau y compris).

La solution en sortie de colonne, après la pompe péristaltique, est collectée dans un collecteur de fractions (Gilson FC 204). Ceci permet de récupérer des échantillons sur une plage de temps que l’on peut choisir. Dans notre étude, la quantité de solution à analyser pour l’essai de percolation est 6 Vo. Il y a environ 40 échantillons récupérés pour analyser le soluté. Ce nombre est suffisant pour avoir les informations sur le transfert de soluté comme cela a été utilisé dans des études antérieures (Février, 2001; Lassabatère, 2002).

En général, les courbes d’élution présentent une montée rapide dans la première partie et une diminution lente dans le reste. En effet, les échantillons sont prélevés tous les V0/10 jusqu’à 2V0 puis V0/5 jusqu’à la fin de la percolation (6V0). Le volume des échantillons est de V0/20.

La qualité de chaque essai est vérifiée à grâce au contrôle des débits en entrée et en sortie. Le débit en entrée est mesure par pesée en fonction de temps du réservoir de solution neutre et le débit en sortie est mesuré en pesant les tubes d’essai dans le collecteur.