Présentation

Article

1 - SUCCION DANS LES SOLS

2 - TECHNIQUES DE CONTRÔLE ET DE MESURE DE LA SUCCION

3 - PROPRIÉTÉS DE RÉTENTION D’EAU

4 - TRANSFERTS D’EAU DANS LES SOLS NON SATURÉS

  • 4.1 - Équations de transfert en phase liquide
  • 4.2 - Équations de transfert en phase gazeuse

5 - TECHNIQUES DE MESURE DE PERMÉABILITÉ

6 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : C301 v1

Transferts d’eau dans les sols non saturés
L’eau dans les sols non saturés

Auteur(s) : Pierre DELAGE, Yu-Jun CUI

Relu et validé le 20 juil. 2020

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Auteur(s)

  • 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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INTRODUCTION

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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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-c301


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4. Transferts d’eau dans les sols non saturés

4.1 Équations de transfert en phase liquide

Les équations régissant les transferts d’eau en milieu non saturé ont été initialement définies dans le cas de sols non saturés indéformables, avec continuité de la phase gazeuse, ce qui permet de considérer qu’à tout instant la pression d’air est égale à la pression atmosphérique (ua = 0). Ces hypothèses sont valables dans les sables, pour lesquels la pression d’entrée d’air correspond à de faibles succions. Les premiers calculs sont dus à Richards.

Dans le cas d’un sol non saturé indéformable, l’approche est analogue à celle des sols saturés :

  • l’expression de la charge hydraulique est déduite du potentiel de l’eau et s’écrit :

    h = s /γw + z
    ( 3 )

    avec s la succion qui ne tient pas compte du potentiel osmotique ;

  • la loi de Darcy reste valable en milieu non saturé, mais le coefficient de perméabilité dépend de la teneur en eau. La forme des équations est telle qu’il est préférable d’utiliser la teneur en eau volumique θ, d’où l’expression, dans le cas d’un matériau de perméabilité isotrope :

  • l’équation de continuité, qui exprime la conservation de la masse d’eau, s’écrit dans le cas saturé indéformable : , ce qui exprime mathématiquement que, à tout moment, la quantité d’eau qui entre dans un volume donné est égale à celle qui en sort. Dans les sols non saturés indéformables, cette condition n’est plus vraie, car il peut y avoir augmentation de la teneur en eau locale par infiltration (ou diminution dans le cas d’un séchage), et donc inégalité des flux sortant et entrant. L’équation de continuité s’écrit dans ce...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - AHMED (S.), LOVELL (C.W.), DIAMOND (S.) -   Pore sizes and strenght of compacted clay  -  . J. of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, vol. 100 (GT4), p. 407-425 (1974).

  • (2) - ASSOULINE (S.), TESSIER (D.), BRUAND (A.) -   A conceptual model of the water retention curve  -  . Water Ressources Research 34 (2), p. 223-231 (1998).

  • (3) - BEAR (J.) -   Dynamics of fluids in porous media  -  . Elsevier, Amsterdam (1969).

  • (4) - BIAREZ (J.), FLEUREAU (J.M.), ZERHOUNI (M.I.), SOEPANDJI (B.S.) -   Variations de volume des sols argileux lors de cycles drainage-humidification  -  . Revue française de Géotechnique 41, p. 63-71 (1987).

  • (5) - BLACK (W.P.M.) -   A method for estimating the California Bearing Ratio of cohesive soils from plasticity data  -  . Géotechnique 12, p. 271-282 (1962).

  • (6) - CHANDLER (R.J.), GUTIERREZ (C.I.) -   The...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

  • L’eau dans les sols non saturés

  • Compressibilité. Consolidation. Tassement

  • Résistance au cisaillement

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