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Auteur(s)
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Pierre DELAGE : Professeur à l’École nationale des ponts et chaussées (ENPC) - Directeur de recherche au Centre d’enseignement et de recherche en mécanique des sols (CERMES)
-
Yu-Jun CUI : Directeur de recherche au Centre d’enseignement et de recherche en mécanique des sols (CERMES)
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’eau joue un rôle majeur dans le comportement des sols non saturés. Sa cohabitation avec l’air dans les pores prend des formes variées, selon que l’eau domine et l’air ne peut se déplacer librement, ou au contraire que l’air occupe l’essentiel des pores et l’eau est bloquée aux contacts des particules, ou encore que l’eau et l’air peuvent se déplacer tous les deux. Outre les phénomènes de capillarité, qui se développent aux contacts des deux fluides, l’eau peut interagir avec les minéraux des particules du sol : ces interactions physico-chimiques sont particulièrement importantes dans les argiles. Enfin, la concentration des sels dissous dans l’eau est à l’origine de phénomènes osmotiques, qui influencent la migration des molécules d’eau dans les pores du sol.
Cet article décrit les différents états de l’eau dans les sols non saturés, les phénomènes physiques qui déterminent l’interaction de l’eau et des minéraux et les lois de déplacement de l’eau dans les sols non saturés. Il présente, en particulier, les techniques expérimentales permettant de mesurer ou imposer la succion, et de caractériser les capacités de rétention et de transfert de l’eau dans ces sols.
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Transferts d’eau dans les sols non saturés
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3. Propriétés de rétention d’eau
3.1 Généralités
La capacité des sols non saturés à attirer et retenir l’eau est quantifiée par la détermination des courbes de rétention d’eau, qui en constituent une caractéristique essentielle. Ces courbes sont déterminées en soumettant un échantillon à un cycle de séchage et de remouillage par application de paliers de succion croissante, puis décroissante, le plus souvent à l’aide de la cellule de Richards. À chaque étape, la mesure de teneur en eau se fait en annulant la pression d’air au sein de la cellule pour retirer rapidement l’échantillon à peser ; l’échantillon est ensuite replacé en cellule pour être soumis à l’étape suivante en succion, par application d’une autre pression d’air qui engendrera soit une infiltration, si elle est inférieure (chemin de remouillage), soit un drainage, si elle est supérieure (chemin de séchage). Les courbes de rétention d’eau sont obtenues en reportant les valeurs de teneur en eau dans un diagramme « logarithme de la succion/teneur en eau ». On peut également les représenter en reportant le degré de saturation en abscisse, ce qui permet d’observer la valeur de la succion de désaturation, qui n’est pas nécessairement nulle, comme on va le voir dans le paragraphe 3.2.
HAUT DE PAGE3.2 Courbe de rétention - hystérésis
La figure 20 présente les courbes de rétention obtenues par Croney [10] sur un sable argileux (11 % < 2 µ m, 31 % < 0,08 mm). Différentes observations typiques des propriétés de rétention des sols non saturés peuvent être déduites de ces courbes. On note tout d’abord que le chemin parcouru lors du séchage se situe au-dessus du chemin de remouillage, ce qui met en évidence un phénomène d’hystérésis ; il n’existe pas de relation biunivoque entre la succion et la teneur en eau, et la valeur de teneur en eau à une succion donnée dépend du chemin hydrique parcouru pour parvenir à ce point : une désaturation à...
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