Hydro 2 [PDF]

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Module: GEOLOGIE DE L’INGENIEUR L’INGENIEUR

LES CARACTÉRISTIQUES HYDROGÉOLOGIQUES DES MATÉRIAUX

2.1. Concept et classification de la porosité. 2.2. Les facteurs impliqués dans la porosité. 2.3. Variation de la porosité avec la profondeur. 2.4. Méthodes de détermination des valeurs de porosité dans les matériaux géologiques.

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2.1. Concept et classification de la porosité.

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POROSITÉ (m): qualité d'un matériel d'avoir des trous ou des

pores

Les espaces non occupés par les solides

Pore

element

Quantitativement: Quantitativement: le rapport entre le volume vides sur le volume total

m = Vvide/ Vtotale

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Sans dimension (entre 0 y 1 ou en %)

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Porosité, indice de vide, densité apparente

Équivalences:

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Selon la taille des pores : a) Porosité réticulaire b) Porosité colloïdale : entre 0. 001mm et 10 mm c) microporosité : < 0,1 mm d) porosité capillaire : entre 0. 1μm et 2,5 mm e) macroporosité : > 2,5 mm

1 mm

c) couche fine de roches ignées (granite) avec des cristaux de quartz, plagioclas plagioclas,, biotite. Il y a des12/04/2016 fractures et des vides (fot (fot.. Skinner, 1987)

d) Vue de salble (sous loupe) silíceux de plage. plage. (fot. fot. Skinner, 1987) 1987). Module: geologie de l’ingenieur

1m

e) Dolomie avec des vide sous l’effet de Karstification. 5

Selon le comportement de l’eau: l’eau: - Porosité totale (m): (m): tous les pores - Porosité réel (mr): seulement les pores interconnectés -Porosité efficace (me): seulement les pores interconnectés où l’eau s'écoule par gravité gravité.. Propriété avec me: Capacité de rétention spécifique (c.r.s.): pourcentage du volume d'eau retenue contre la gravité par rapport au volume total m > mr > me mr > crs

Argile: mr très elevé ( crs

Gravier: (> 2mm)

60 50

mr

(%)

40 30 20 10 0

me

crs

Argile | Limons | sable | Gravier Granulometría

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moye mr elevé me basse crs 6

Exemple de roche à haute porosité totale, mais à faible porosité réelle

1 cm

Basalte vésiculaire. Cette roche volcanique a subi un refroidissement rapide avec dégagement gazeux, qui ont généré des écarts (vésicules) qui en général ne sont pas connectés. Porosité totale est élevée, mais en raison de l'absence d'interconnexion entre la porosité réelle de lacunes et efficace sont très réduite. La densité totale peut être si faible qu'il peut même flotter sur l'eau. . (fot. fot. Skinner, Skinner, 1987). 12/04/2016

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CLASSIFICATION de l'eau contenue dans le sol, selon les forces qui agissent sur les molécules : 1. L'eau hygroscopique. 2. L'eau capillaire. 3. graviphique 1. hygroscopique : Liée par des forces d’adsorption

Molécules d’eau avec un caractère bipolaire

Superficie des solides no compensé électriquement Attraction par adsorption

Liaison très fortes - Fine pellicule - Force de Rétention > 31 atm.

Molécules d’eau: Dipolaire (H+, OH-)

Particule du sol avec des charges superficielles

L'eau ne bouge pas non absorbable par les plantes 12/04/2016

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CLASSIFICATION de l'eau contenue dans le sol, selon les forces qui agissent sur les molécules : 1.

Eau hygroscopique..

2.

Eau capillaire.

3.

Eau graviphique Eau capillaire.: soumise a des forces de tension superficielle dans un tube capillaire Pore avec de l’air

Deux types : absorbable et non absorbable I) L'eau capillaire non absorbable : -dans les capillaires < 0,2 µm. -Très fortement retenu. -Non-absorbables par les plantes. -F.R. entre 31-15 atmosphères.

ii) L'eau capillaire absorbable : -Dans les tubes capillaires de 0,2 à 8 mm. -Eau absorbable par les plantes - F.R. entre 15 à 1 ATM.

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CLASSIFICATION de l'eau contenue dans le sol, selon les forces qui agissent sur les molécules : 1.

Eau hygroscopique..

2.

Eau capillaire.

3.

graviphique.. 2. EAU GRAVIPHIQUE : Mouvements sous l’effet de

Particules solides

gravité (vers le bas) deux type : écoulement lent et rapide

Eau hygroscopique

i)

pores entre 8 et 30 µm de diamètre. Il fait 10 à 30 jours pour traverser la couche du sol, et elle est utilisable par les plantes.

Eau capillaire ii) Eau graviphique 12/04/2016

écoulement lent. Qui coule à travers les

écoulement rapide. Qui coule à travers les pores supérieure à 30 µm. C'est une eau qui est retenue dans le sol et elle circule rapidement.

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taille des pors 0 0.2

8

30 µm

Eau hygroscopique (seulement une couche mince) Eau capillaire non-absorbables Eau Cap. absorbable Eau graviphique avec ecou..lent Eau Grav. Ecou rapide 12/04/2016

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TYPES DE POROSITÉ SELON l’ORIGINE:

PRIMAIRE SEGONDAIRE

1. POROSITE PRIMAIRE: son origine à la genèse du matériau géologique. Caractéristique des matériaux sédimentaires (consolidé ou non). Caractérisques: Porosité interstitielle (mat. detritique) • Porosité “petites » • Homogène • Ecoulement souterraine lent et diffuse.

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5 cm

Exemple de roche avec une porosité primaire non détritique. Le travertin est une roche carbonatée dont la Genèse est liée à la précipitation du carbonate de calcium de sources karstiques et a un usage répandu dans la construction, comme une pierre ornementale. A gauche : affiche de main. Droit: roche coupé pour la construction (porosité: 4 %). 12/04/2016

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TYPES DE POROSITÉ SELON ORIGINE:

PRIMAIRE SECONDAIRE

1. porosité secondaire : découlant à la suite de la formation de la roche par des procédés qui ne sont pas étroitement liés à sa genèse. Caractéristiques : présente des caractéristiques variables, semblables à la porosité primaire : • la porosité plus grand « En général » • Hétérogénéité • écoulement souterrain non diffuses (conduits)

PROCESSUS : Fissures de retrait (refroidissement): les roches ignées extrusives La fracturation tectonique : roches métamorphiques en particulier Dissolution-karstification : en particulier les roches carbonatées et évaporitiques Combinaison de celles-ci. 12/04/2016

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fissures de refroidissement 12/04/2016

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Pente creusée dans le granite, dans laquelle on peuvent considérer 3 familles de fractures tectoniques causées à la suite du refroidissement du magma (la photo sur la largeur au sol sol:: 4 m, fot. fot.) Skinner, 1987) 1987). 12/04/2016

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Processus de dissolution et de karstification en calcaire. A gauche : Vue de la surface topographique d'un karst (exokarst) dans la Ronda. Der.: Vue de l'intérieur d'une grotte d'origine karstique (endokarst) 12/04/2016

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Effondrement de grande taille (130 m de diamètre, profondeur 45 m) de la cavité, produite dans une formation de carbonate touchée par graves processus de dissolution.(fot. Skinner, 1987).

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2.2 FACTEURS QUI INTERVIENNENT DANS LA POROSITÉ

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FACTEURS dont dépend la porosité primaire interstitielle 1.

Forme des particules

2.

Taille des particules

3.

Particules disponibles

4.

Nature des particules

5.

Disolution-precipitation

Aspectos geométrique : TEXTURE

FACTEURS dont dépend la porosité secondaire 1.

Densité des fractures

2.

Extention de fractures

3.

Ouvertures des fractures

4.

Disolucion-precipitacion

5.

Compression-descompression

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FACTEURS - INTERSTITIELLE POROSITÉ PRIMAIRE INTERSTITIELLE 1. FORME de PARTICULES

1: Grains circulaires

m1 < m2 12/04/2016

2: Grains irrégulière Brèche: porosité supérieur que congloméra poudingue Module: geologie de l’ingenieur

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FACTEURS - INTERSTITIELLE POROSITÉ PRIMAIRE 2. Granulométrie: 2 questions • •

Taille moyenne Variabilité de la taille

60 50

mr

(%)

40 30 20 10

me

crs

Paramètres statistiques de tendance centrale : - Mode - Médiane - moyenne

0Argile | Limon | sable | Gravier Granulometrie

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FACTEURS – INTERSTITIELLE POROSITE PRIMAIRE 2. Taille des particule: 2 questions • Taille moyenne • Variabilité de la taille

m1 < m2

1 (non sélectionné)

2 (bien selectionné)

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Une plus grande porosité dans un echantillon bien choisi que l'on mal choisis, autres facteurs égaux Module: geologie de l’ingenieur

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FACTEURS - POROSITÉ PRIMAIRE INTERSTITIELLE 2. TAILLE de PARTICULE: 2 aspects • •

Paramètres statistique de dispersion: - Déviation typique - Coef. Uniformité (D60 / D10)

Taille moyenne Variabilite de taille

1 Hétérogène

2 Homogene 12/04/2016

Courbe granulométrique : histogramme des fréquences cumulés (x: la taille de grain, Y: % dans un tamis)

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FACTEURS - POROSITE PRIMAIRE INTERSTITIELLE 3. DISPOSICTION DES de PARTICULES PARTICULES SPHÉRIQUES HOMOMETRICAS

m = 60 % PARTICULES PLANAIRES Emballage cubique m = 47,6 % Rhomboedrique emballage m = 25,9 % m=0% 12/04/2016

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FACTEURS - POROSITÉ PRIMAIRE INTERSTITIELLE 4. la nature des particules Les particules peuvent presentés une porosité : (Vvides-inters + Vvides-grains) m= Vtotal

Facteur important dans le gravier et le conglomérat dont la roche mère est un grès, par exemple

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FACTEURS - INTERSTITIELLE POROSITÉ PRIMAIRE

INTERSTITIELLE

5. DISSOLUTION - PRÉCIPITATION - Ce sont les processus importants qui peuvent modifier la porosité initiale d'une formation. - Ils sont le résultat de l'écoulement de l'eau et l'état de saturation des eaux. - Précipitation et la dissolution des minéraux solubles : calcite, gypse, silice, etc..

Grain de sable Ciment 12/04/2016

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2.3. VARIATION DE LA POROSITÉ AVEC LA PROFONDEUR

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VARIATION DE LA POROSITÉ AVEC LA PROFONDEUR En général : •la profondeur augmenter

Porosité diminue

Causes : • Disparition de la zone d'altération • Augmente la charge litostatique

Les fractures ont tendance à fermer Emballage plus dense: (particules tendent à orienter)

Dans des milieux fracturés y/o karstifié: difficile à prévoir 12/04/2016

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VARIATION DE LA POROSITÉ AVEC LA PROFONDEUR

ARGILES : Variation selon une loi de type :

m = mo · e-bh m: porosité a une profondeur h mo porosité en superficie b: constante h: profondeur 0 m: 300 m: 600 m: 1200 m: 1800 m: 12/04/2016

40-45% 25% 10-15% 5-10% 5%. Module: geologie de l’ingenieur

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VARIATION DE LA POROSITÉ AVEC LA PROFONDEUR

GRÈS : Environ une variation linéaire: 0 m: 2 km: 4 km: 6 km:

Schistes

45 % 35 % 25 % 15 %

Grès

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2.4 DÉTERMINATION DES MÉTHODES ET DES VALEURS DE POROSITÉ DANS LES MATÉRIAUX GÉOLOGIQUES

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Méthodes de laboratoire : - Direct (détermination des volumes) - Pour les roches compacts - Pour les roches meubles - Indirects (détermination des masses volumiques) - De la masse volumique de l'échantillon - De la masse volumique sèche et humide de l'échantillon

Méthodes de terrain : - Méthodes d'observation de la descente de niveau phréatique. - Méthodes de balance. - Méthodes de pompage et recharge. - Méthodes de traçage. 1 g H2O = 1 ml H2O 12/04/2016

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Roche

Porosité totale %

Matériaux non consolidés selon leur texture Gravier

25 : 35

Argile

45 : 55

Roches sédimentaires détritiques Grès

0 : 10

Grès fissurés

10 : 20

Roches carbonatées Roche massive

0:5

Roche karstifiée

10 : 50

Roches cristallines Roche non fissurée Roche altérée 12/04/2016

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