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CA 02342119 2001-03-23
AUTOMATISATION DU TEST D'ABSORPTION D'EAU DANS I~ES
MATERIAUX POREUX
CHAMP
La présente invention porte sur un appareil pour la mesure
automatique de l'absorption d'eau et la quantification des
capacités d'absorption par des matériaux poreux insaturés,
notamment des matériaux de construction tels bétons de
ciment, briques, pierre, enrobés bitumineux, plâtre, etc.
HISTORIQUE
La détérioration des ouvrages (pont, viaducs, tunnels,
routes...) et des immeubles est principalement due à l'eau
qui pénètre par capillarité dans les matériaux de
construction, comme la brique, la pierre ou le béton. Les
mécanismes de dégradation impliquant la présence d'eau sont
très nombreux et ont été abondamment décrits dans la
littérature spécialisée. L'endommagement peut résulter par
exemple des effets des cycles gel/dégel, du lessivage du
matériau (dissolution, migration sélective d'éléments
chimiques), des interactions entre les éléments en solution
ou en suspension dans l'eau, comme les ions sodium et chlore
ou le C02, avec la matrice poreuse ou les armatures qu' elle
contient, du développement de mousses, d'algues ou de
champignons. La durée de vie des immeubles et des ouvrages
dépend donc de façon critique des volumes d'eau qui
transitent dans la structure pendant son utilisation
effective qui sont directement reliés aux capacités
d'absorption des différents matériaux utilisés. I1 est donc
essentiel de quantifier les propriétés d'absorption de ces
matériaux pour estimer et éventuellement améliorer la
durabilité des ouvrages. Cette nécessité, reconnue très tôt,
a motivé un très grand nombre d'études depuis le début du
siècle et cet effort se poursuit actuellement de façon
soutenue.
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Une des façons les plus simples de caractériser les
capacités d'absorption des matériaux poreux consiste à
mesurer le changement de masse d'un échantillon dont une des
extrémités est mise en contact de façon continue avec de
l'eau. Cette expérience, généralement appelée test
d'absorption dans la littérature spécialisée, permet
d'obtenir la quantité d'eau pénétrant par capillarité dans le
matériau en fonction du temps. Cette procédure est
classiquement utilisée en génie de la construction. Elle a
fait l'objet de plusieurs recommandations par différents
organismes internationaux ("Standard Test Methods for
Sampling and Testing Brick and Structural Clay Tile", ASTM,
2000, C67-99a, 1-10; "Méthode d'essai des bétons",
Recommandations provisoires, RILEM, 1972, Materials and
structures, 7, 291-296) et a été décrite dans de nombreuses
publications ("Water sorptivity of mortars and concretes: a
review", C. Hall (1989), Magazine of concrete Research, 41,
51-61; "Barrier performance of concrete: A review of fluid
transport theory", C. Hall (1994), Material and structures,
1994, 27, 291-306). Dans l'ensemble de ces documents, on
suggère de réaliser manuellement l'opération de pesée.
L'échantillon est retiré à intervalle régulier du réservoir,
grossièrement épongé pour éliminer l'eau en excès qui
pourrait subsister à la surface de l'éprouvette, pesé sur une
balance de précision, puis replacé au contact de l'eau.
L'interruption du processus d'absorption et la présence d'une
quantité d'eau résiduelle qu'on ne peut estimer à la surface
de l'échantillon au moment de la pesée peuvent entraîner une
grande imprécision des mesures. L'erreur est particulièrement
importante en début d'expérience, la quantité d'eau présente
à la surface de l'échantillon pouvant dans certains cas être
largement supérieure à la quantité d'eau réellement absorbée
par l'échantillon. Il faut souligner qu'aucun des documents
cités plus haut ne donne d'indication sur la façon d'estimer
ou de réduire cette erreur. De plus, le fait que la mesure de
la quantité d'eau absorbée nécessite plusieurs manipulations
réduit considérablement la fréquence à laquelle les mesures
peuvent être effectuées.
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Les résultats du test d'absorption, le plus souvent
obtenus sur des périodes d'une heure ou moins, sont ensuite
extrapolés pour les temps caractéristiques des durées
d'utilisation ouvrages et immeubles à partir de la théorie
des écoulements en milieux insaturés dont une description est
donnée dans les documents de C. Hall susmentionnés. Le modèle
théorique, utilisé en routine depuis près de 20 ans en génie
de la construction, prévoit que l'augmentation de la quantité
d'eau absorbée par capillarité pendant le test d'absorption
varie proportionnellement à t1~2 (où t est le temps pendant
lequel l'échantillon est en contact avec l'eau). La constante
de proportionnalité, appelée sorptivité, est généralement
interprétée comme une propriété physique intrinsèque du
matériau qui caractérise sa capacité à absorber l'eau par
capillarité. I1 n'est généralement tenu aucun compte du fait
que le contenu en eau est initialement nul dans le matériau
(bien que cette condition soit imposée) et on néglige les
mesures réalisées en début d'expérience dans le calcul de la
sorptivité, tel qu'il appert dans les documents de C. Hall
susmentionnés et dans "A water sorptivity test for mortar and
concrete", B.B. Sabir et coll., 1998, Materials and
structures, 31, 568-574.
La théorie des écoulements en milieux insaturés (telle que
résumée dans les documents de C. Hall susmentionnés) ne rend
pas compte de façon satisfaisante du processus d'infiltration
dans les milieux poreux. L'ensemble des données que nous
avons pu analyser indique que la quantité d'eau absorbée par
capillarité varie proportionnellement à ta, avec a,
généralement différent de 1/2. Dans la suite, ce modèle sera
appelé modèle de diffusion anormale. Les capacitês
d'absorption des matériaux poreux peuvent donc être largement
supérieures à celles prédites par le modèle classique. La
façon la plus directe de déterminer a consiste à rechercher
la meilleure approximation en loi de puissance des données
d'absorption. La précision sur l'estimation de a dépend donc
de façon cruciale de la qualité de la mesure de la quantité
d'eau absorbée par le matériau dès le début du test
d'absorption. L'amélioration du test d'absorption est donc
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une nécessité pour parvenir à une estimation correcte des
capacités d'absorption des matériaux de construction et
justifie le développement d'un appareil spécifique.
SOMMAIRE
Un objet de la présente invention concerne la mise au
point d'un appareil de mesure qui vise à améliorer
l'estimation des propriétés d'absorption des matériaux de
construction en vue de parvenir à un meilleur diagnostic sur
la durabilité des ouvrages. Cet appareillage est susceptible
d'être utilisé par tout bureau d'études, laboratoire ou
entreprise impliqués dans le design, la construction ou la
restauration d'ouvrages et de bâtiments.
La présente invention vise ainsi le développement d'un
appareil pour la mesure automatique de l'absorption d'eau et
la quantification des capacités d'absorption par les
matériaux poreux insaturés (bétons de ciment, briques,
pierre, enrobés bitumineux, plâtre, etc.)
Pour caractériser les capacités d'absorption des matériaux
poreux insaturés de façon plus rigoureuse, nous proposons i)
l'automatisation de la pesée pour la mesure en continu des
variations de la masse de l'échantillon au cours du test
d'absorption associé à ii) un outil d'analyse des données
basé sur le modèle théorique de l'infiltration développé par
les auteurs.
L'automatisation de la pesée vise à:
1) supprimer les erreurs résultant des interruptions à
répétition du test d'absorption (arrêt temporaire du
processus d'absorption pour la pesée et eau en excès à la
surface de l'éprouvette),
2) obtenir des mesures significatives de la quantité d'eau
absorbée par les matériaux dès le début du processus,
3) augmenter la fréquence des mesures au cours du test.
Le principe de l'automatisation de la pesée au cours du test
d'absorption a déjà été proposé et utilisé par Sabir et roll.
dans le document précité. Les objectifs des auteurs se
limitent cependant au point 1 évoqué ci-dessus (fin du
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paragraphe 2 p.569 du document de Sabir et coll.) qui
constitue la seule motivation au développement d'une pesêe
automatique au cours du test d'absorption.
L'outil d'analyse vise à quantifier les propriétés
d'absorption des matériaux poreux à partir des mesures
d'absorption à partir du modèle d'absorption dit de diffusion
anormale. I1 est important de souligner ici que l'utilisation
des données fournies par le test d'absorption à des fins
diagnostiques (extrapolation des mesures d'absorption
effectuées en laboratoire à la durée d'utilisation réelle des
ouvrages) est en pratique indissociable du modèle
d'interprétation utilisé. I1 est par conséquent justifié de
considérer le modèle d'interprétation développé par les
inventeurs comme une partie de l'invention.
L'appareil que nous proposons (planche 1) comporte 4
éléments distincts qui sont .
1) Un dispositif de pesée constitué d'un capteur de force
auquel est suspendu l'échantillon.
2) Un réservoir d'eau dans lequel l'extrémité inférieure de
l'échantillon sera immergée.
3) Un dispositif électronique constitué d'un amplificateur et
d'un convertisseur analogique-numérique auquel est
connecté le capteur de force. L'ensemble est relié à un
ordinateur de type PC pour le stockage et l'analyse des
données.
4) Un élément logiciel, installé sur un ordinateur qui permet
de a) piloter l'expérience et b) d'analyser les mesures de
manière à prédire suivant le modèle théorique récemment
développé par les concepteurs du dispositif.
Les trois premiers éléments sont assemblés sur un bâti rigide
et constituent l'appareil de mesure d'absorption proprement
dit (planche 1). La partie logicielle est installée sur un
ordinateur auquel sont connectés l'amplificateur et le
convertisseur analogique-numérique. L'ordinateur sur lequel
sont enregistrées les mesures ne fait pas partie de
l'invention.
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Le fonctionnement de l'appareil repose sur les trois
grands principes suivants:
- l'absorption d'eau par l'échantillon et la pesée sont
réalisées simultanément. Le dispositif permet donc
d'enregistrer en continu les variations de la masse de
l'échantillon au cours du processus d'absorption.
- le dispositif de pesée est fixe pour éviter les
perturbations de la mesure qui pourraient résulter du
déplacement du capteur au moment de la mise en contact de
l'échantillon avec la surface de l'eau. Le réservoir est
mobile et peut être déplacé verticalement pour permettre de
mettre l'échantillon en contact avec l'eau.
- Le niveau d'eau est constant dans le réservoir. Le maintien
à un niveau constant du niveau d'eau est assuré en alimentant
de façon permanente le réservoir au cours de l'expérience. Le
renouvéllement de l'eau dans le réservoir permet en outre de
conserver le liquide à une température constante et donc de
réduire les biais expérimentaux qui pourraient résulter d'un
changement des propriétés physiques.
DESCRIPTION DES RÉALISATIONS PRÉFÉRÉES
Nous décrivons un dispositif pour la mesure d'échantillons
d'une longueur de 10 à 20 cm pour un poids maximum de 1.5 kg
et pour une section utile d'absorption de l'ordre de 10 cm~.
L'appareil est conçu pour effectuer plusieurs mesures par
seconde. Les cotes qui figurent sur les différentes planches
qui accompagnent la description de l'invention ne sont
données qu'à titre indicatif et pourront être modifiées sans
remettre en cause l'ensemble du dispositif. La taille du
dispositif (bâti et réservoir) et les capacités des
instruments de mesure devront être modifiées si l'on veut
mesurer des échantillons de plus grande dimension. Dans les
paragraphes suivants, nous avons identifié les
caractéristiques principales de chaque élément du dispositif,
qui constituent les éléments de l'invention proprement dite.
Nous avons ensuite décrit une façon d'obtenir les fonctions
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de chaque élément de l'appareil qui respecte les
caractéristiques définies.
A) Bâti
Caractéristiques: rigide, indéformable. Dispositif de réglage
de l'horizontale. Système d'amortissement des vibrations de
hautes fréquences.
Le bâti supporte le réservoir et le dispositif de pesée
évoqués au paragraphe précédent. Sa géométrie pourra évoluer
dans les versions successives de la machine. Les matériaux
choisis pour sa fabrication doivent être inoxydables et
imputrescibles et suffisamment rigides pour supporter
l'augmentation progressive de la masse de l'échantillon au
cours de l'expérience sans déformation. Il pourra s'agir par
exemple d'acier inoxydable, de matière plastique ou d'un
alliage d'aluminium. Le dispositif repose sur trois (3) ou
quatre (4) pieds dont la hauteur est ajustable de façon à
placer la plateforme qui supporte le réservoir dans le plan
horizontal. Un niveau à bulle est placé au sommet du
dispositif et facilite la recherche de l'horizontale. Chaque
pied est muni d'un coussinet en caoutchouc, dont la fonction
est d'absorber les vibrations hautes fréquences qui
pourraient provenir d'autres appareillages situés à proximité
du dispositif ou du système de climatisation des bâtiments
par exemple. L'élimination des vibrations hautes fréquences
doit permettre de réduire les perturbations qui pourraient
parasiter l'enregistrement de l'absorption.
B) Dispositif de pesée
Caractéristiques: Le dispositif de pesée est fixe et
solidaire du bâti. Ce principe vise à limiter les
perturbations de la mesure au moment de la mise en contact de
l'échantillon avec la surface de l'eau.
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B.l Capteur
L'élément principal du dispositif de mesure est un capteur
de forces fonctionnant soit en torsion, comme c'est le cas
sur le prototype actuel (capteur TEDEA Huntleigh, modèle
1030) soit en traction-compression, connecté à un pont
complet lui même relié à un amplificateur. Nous proposons
actuellement un appareil "strain indicator" P3500 de la
société Measurements Group V pour les mesures. Dans une
version ultérieure, un appareillage similaire plus compact
pourra être utilisé. Le capteur doit pouvoir supporter les
poids combinés de la bride et de l'échantillon poreux saturé.
Dans la version actuelle du dispositif, la capacité maximale
du capteur est de 2 kg (20 Newtons) avec une résolution de
0.1 g. L'appareil peut supporter des échantillons d'un poids
sec maximum de 1.5 kg. Un capteur opérant sur une plage de
chargement plus large peut éventuellement être utilisé pour
des échantillons plus lourds sans nécessiter de modification
du principe du dispositif. Le système de pesée est muni d'une
butée mécanique fixe solidaire du bâti pour prévenir
l'endommagement du capteur qui pourrait résulter d'un
dépassement de capacité en cours de manipulation. Une seconde
butée amovible permet de bloquer le capteur en position
neutre pendant la mise en place de l'échantillon.
B.2 Bride (planche 2)
L'échantillon est suspendu au capteur de force par
l'intermédiaire d'une bride. Cette bride doit permettre de
fixer un échantillon de forme prismatique ou cylindrique de
section et de longueur variables. Elle doit maintenir
l'échantillon dans l'axe du dispositif de mesure en position
verticale. La bride que nous avons mise au point comprend
deux parties distinctes (planche 2): a) un dispositif
d'amarrage au capteur. La bride possède un trou fileté à son
sommet par lequel passe une tige filetée dont une des
extrémités est reliée au capteur. La bride peut être déplacée
sur la tige par vissage et dévissage selon la longueur de
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l'échantillon. Un débattement de 5 à 10 cm est prévu pour
faciliter l'ajustement. Un boulon permet de bloquer la bride
sur la tige, une fois le réglage terminé. b) deux (2)
mâchoires mobiles situées à la base de la bride permettent de
pincer fortement et immobiliser l'échantillon. La tête
supérieure de l'échantillon vient s'appuyer sur une plaque
munie d'ergots de quelques millimètres de longueur et
perpendiculaire à l'axe de la bride. La plaque sert de
surface de référence et garantit que l'échantillon est
vertical et placé dans l'axe du dispositif de mesures. Les
ergots facilitent la libre circulation de l'air entre la
plaque et la face supérieure de l'échantillon de façon à
prévenir tout confinement aux bordures de l'échantillon qui
pourrait influencer le processus d'absorption.
C) Alimentation en eau
Caractéristiques: alimentation permanente et écoulement
stationnaire, maintien du niveau d'eau constant, dispositif
de levage, taille réduite et faible volume d'eau pour une
manipulation facile.
C.1 Réservoir
La configuration du réservoir doit permettre de conserver
un niveau d'eau constant au cours de l'expérience. Pour ce
faire, une circulation d'eau permanente est établie dans le
réservoir. Le réservoir est formé de trois chambres
contiguës, respectivement désignées comme la chambre
d'alimentation, la chambre de mesure et le trop-plein,
séparées par des parois verticales. Le réservoir est alimenté
en eau par un orifice situé sur la partie supérieure de la
chambre d'alimentation. La communication entre la chambre
d'alimentation et la chambre de mesure s'effectue par un
étroit passage situé dans la partie inférieure de la paroi
verticale qui les sépare. L'eau circule donc de haut en bas
dans le réservoir d'alimentation avant de passer dans la
chambre de mesure. Ce mode de circulation facilite
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l'élimination des bulles d'air éventuelles et ralentit le
fluide à l'entrée de la chambre de mesure de manière à
garantir un écoulement laminaire et éliminer toute
fluctuation du niveau d'eau dans le réservoir. Une partie de
l'eau contenue dans la chambre de mesure est absorbée par
capillarité par l'échantillon. L'eau en excès est évacuée de
façon continue vers le trop-plein. Pour faciliter
l'écoulement continu de l'eau en excès, la face supérieure de
la paroi verticale qui sépare les deux chambres est taillée
en biseau et recouverte d'un tissu absorbant de type feutre
ou coton d'environ lmm d'épaisseur, dont la fonction est
d'empêcher la formation d'un bourrelet d'eau à l'interface
paroi-liquide. L'eau en excès est ensuite évacuée par un
orifice de grand diamètre situé à la base du trop-plein. ha
hauteur du réservoir est petite (quelques centimètres). La
chambre de mesures forme la partie la plus grande du
réservoir et peut recevoir des échantillons dont la section
peut atteindre 100 cm2 (10X10 cm). Les volumes d'eau
impliqués étant réduits, la manipulation du réservoir est
aisée. Du polyméthyle méthacrylate (PMMA) ou tout autre
matière plastique rigide est utilisée pour la fabrication du
réservoir.
C.2 Contrôle de l'alimentation en eau
Le réservoir est normalement alimenté par le réseau
municipal de distribution d'eau auquel il est relié par un
simple tuyau en plastique souple. La section de l'orifice à
l'entrée de la chambre d'alimentation est plus petite que la
section du tuyau d'alimentation. Le rétrécissement de la
section du tube d'alimentation vise à éviter la formation de
bulles à l'entrée du réservoir qui pourraient entraîner une
oscillation du niveau d'eau. Le débit est actuellement
contrôlé par un simple robinet et réglé manuellement. Les
débits utilisés sont de l'ordre du cm3 s-1. Un débit-mètre et
un régulateur de pression pourront éventuellement être
installés sur le tuyau d'alimentation en amont du réservoir
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pour un contrôle plus précis de l'alimentation. Ces
instruments pourront être pilotés à partir de l'ordinateur.
C.3 Dispositif de levage
Le réservoir doit pouvoir être déplacé verticalement pour
permettre la mise en contact de la face inférieure de
l'échantillon avec 1a surface d'eau libre au début de
l'expérience. Le déplacement doit être lent et continu pour
empêcher l'oscillation de la surface liquide et éviter tout
déversement qui viendrait modifier temporairement la hauteur
d'eau dans le réservoir. Le système de levage doit de plus
garantir l'horizontalité du réservoir et permettre
l'ajustement de la hauteur du réservoir selon la taille de
l'échantillon dont on veut connaître les propriétés
d'absorption. Un cric manuel Laboratory Jack CAT S-79151 de
Sargent-Welch Scientific Co. est actuellement proposé et
répond de façon satisfaisante aux exigences énoncées plus
haut. Tout autre dispositif équivalent, soit un vérin
hydraulique, un système de cames ou d'engrenages, est
également valable, pourvu qu'il satisfasse aux objectifs
définis. Le réglage de la hauteur du réservoir est
actuellement réalisé manuellement. Dans une version plus
élaborée, le cric pourra éventuellement être piloté par
ordinateur.
D) Accessoires
Plusieurs instruments peuvent être ajoutés afin
d'augmenter la qualité du résultat. Nous prévoyons notamment
d'installer un thermomètre et un hygromètre, qui permettront
de détecter des fluctuations éventuelles de température et du
degré d'humidité relative à proximité de l'échantillon en
cours d'expérience qui pourraient influencer le processus
d'absorption. Les mesures fournies par ces instruments
pourront être utilisées pour corriger les enregistrements
bruts des variations de la masse de l'échantillon au moment
de l'analyse des données.
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E) Élément logiciel
Caractéristiques: L'élément logiciel a deux fonctions 1)
pilotage de l'expérience, 2) enregistrement du signal
numérique, traitement et analyse des mesures. L'analyse des
données est basée sur le modèle théorique de diffusion
anormale développé par les auteurs.
Une interface Easyest LX de la société Keithley Asyst peut
par exemple être utilisée pour l'enregistrement des données
brutes délivrées par le convertisseur analogique-numérique.
Le pilotage de l'expérience est pour le moment
essentiellement manuel. Les données du test d'absorption sont
traitées ultérieurement à partir de programmes développés par
les auteurs et des fonctions mathématiques disponibles sur
les tableurs usuels. Ces traitements permettent notamment de
quantifier les capacités d'absorption à partir du modèle
théorique de diffusion anormale. Le principe du logiciel est
d'intégrer ces deux fonctions dans une seule interface pour
disposer d'un outil de mesure et d'interprétation complet.
Nous décrivons dans la suite quelques fonctionnalités du
logiciel. I1 ne s'agit en aucun cas d'une liste exhaustive.
E.1 pilotage de l'expérience et acquisition des données
Le pilotage de l'expérience et l'acquisition des données
sont réalisés suivant la séquence suivante.
1) Les paramètres de l'expérience et les caractéristiques de
l'échantillon sont saisis: nom de l'expérience, date,
caractéristique du capteur (gain, capacité maximum, etc.),
nature du matériau, poids et taille de l'échantillon, section
d'absorption, éventuellement porosité, durée et fréquence
d'acquisition du test, débit et pression d'eau, température
et humidité relative ambiantes, etc.
2) La chaîne de mesure est initialisée et testée. Une alarme
est activée qui signalera tout dépassement de la capacité du
capteur. Ultérieurement, nous prévoyons d'inclure la commande
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du dispositif de levage du réservoir, des valves
d'alimentation du réservoir, et de tout autre dispositif
annexe.
3) Le système est placé en mode acquisition. Les données
délivrées par le capteur de forces et les différents
instruments de contrôle (température, degré d'humidité
relative, débit, etc.) sont enregistrées. Une représentation
en temps réel des données d'absorption permet un contrôle
visuel du test.
E.2 traitement des données
Le traitement consiste essentiellement:
- à convertir les données brutes (en mv) délivrées par le
système d'acquisition en gramme ou en volume par unité de
surface selon le type de représentation recherchée,
- à corriger si nécessaire les données brutes à partir de
toute donnée environnementale comme la température ou le
degré d'humidité qui aurait pu influencer le processus
d'absorption ou modifier les propriétés du liquide de façon à
diminuer l'incertitude sur la mesure,
- à représenter l'évolution de la quantité d'eau absorbée en
fonction du temps (diagramme binaire).
On utilisera pour cela les paramètres de l'expérience et les
caractéristiques de l'échantillon enregistrés à l'étape
précédente. Chaque étape du traitement peut être sauvegardée.
E.3 analyse des données
L'analyse des données comporte trois éléments essentiels
auxquels pourront se rajouter d'autres outils en cours de
développement. Ces trois éléments sont:
- une fonction "lissage des données" permettant de réduire le
bruit des mesures. Cet outil est indispensable lorsque la
fréquence d'échantillonnage est élevée.
- une fonction "régression" en loi de puissance pour une
recherche de l'exposant a et de la constante de
proportionnalité.
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- une fonction "dérivée" pour déterminer les fluctuations de
l'exposant a, quantifier l'erreur sur ce paramètre et
déterminer le taux d'absorption instantané.
Une extension possible de l'analyse des données consistera à
créer une base de données qui s'enrichira à chaque test et
qu'on pourra utiliser comme base de comparaison. En
particulier, on pourra déterminer selon la nature du matériau
et les résultats obtenus, si les propriétés d'absorption de
l'échantillon répondent aux normes en vigueur.
EXEMPLE
Nous décrivons les principales étapes de la mesure et de
l'analyse des propriétés d'absorption d'un matériau poreux
telles que réalisées confidentiellement en laboratoire à
partir du prototype du dispositif que nous avons mis au
point.
A) Nature de l'échantillon
La caractérisation des propriétés d'absorption doit être
réalisée sur des échantillons homogènes isotropes. Cependant,
on pourra aussi étudier l'influence des joints (contact
brique-mortier, béton-ciment de réparation par exemple) ou
des fractures sur les capacités d'absorption des matériaux de
construction.
B) Préparation de l'échantillon
On s'assurera que le pied et la tête de l'échantillon
forment deux faces planes à peu près parallèles. Pour
garantir le caractère uni-dimensionnel de l'expérience, on
vérifiera que la section de l'éprouvette est constante sur
toute sa longueur. On mesurera le plus précisément possible
les dimensions de l'échantillon, de préférence avec un pied à
coulisse, de façon à obtenir une estimation précise de la
surface efficace d'absorption.
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Pour s'assurer d'une bonne reproductibilité des conditions
de l'expérience, l'échantillon doit préalablement être
chauffé à température contrôlée pour permettre un séchage
complet et uniforme et stocké dans une chambre climatique à
température et humidité relative contrôlées jusqu'à
l'utilisation. La préparation de l'échantillon pourra suivre
le protocole décrit dans les documents 1 et 2. L'échantillon
sec est pesé avant l'expérience. Les parois latérales de
l'échantillon doivent ensuite être recouvertes d'un produit
scellant (goudron, paraffine, etc.) dont la fonction est
d'empêcher toute infiltration d'eau par les côtés.
C) Mise en place de l'échantillon
L'horizontalité du dispositif expérimental est vérifiée et
le niveau corrigé si nécessaire. Le capteur de force est
initialement bloqué en position neutre à l'aide de la butée
amovible. L'échantillon est placé dans la bride. L'ensemble
bride+ échantillon est suspendu au capteur et sa hauteur
ajustée. La butée amovible qui maintenait le capteur en
position neutre est retirée. Le capteur qui supporte la
charge de la bride et de l' échantillon sec est initialisé à
0. En tarant le capteur après la mise en place de
l'échantillon, on s'assure que les données fournies par le
capteur au cours du test correspondront directement à la
masse d'eau absorbée par l'échantillon.
D) Remplissage du réservoir
Le réservoir est connecté à l'arrivée d'eau puis
progressivement rempli en position basse. Le débit d'eau est
ajusté de façon à ce que l'écoulement soit laminaire.
E) Démarrage du système informatique
Le logiciel est ouvert. Une première lecture du signal
délivré par le capteur est effectuée pour vérifier le
fonctionnement des différents éléments du dispositif de
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mesure. On introduit ensuite les paramètres de l'expérience:
nom de l'expérience, nature du matériau, taille et poids de
l'échantillon, fréquence de mesures, durée de l'expérience,
etc. On initialise les différents instruments de mesure. On
place finalement l'ordinateur en mode acquisition.
F) Mesure de l'absorption
Le réservoir est progressivement monté à l'aide du cric
jusqu'à ce que l'extrémité inférieure de l'échantillon soit
immergée de 2 à 3 mm sous la surface de l'eau. Le temps
nécessaire au positionnement du réservoir est en règle
générale inférieur à 15 secondes et ne doit pas si possible
excéder 30 secondes. L'enregistrement du signal fourni par le
capteur débute à partir du moment où le réservoir est
immobilisé dans sa position définitive. La petite quantité
d'eau absorbée par l'échantillon pendant la mise en place du
réservoir n'est pas prise en compte. La durée de l'expérience
peut varier de quelques minutes à plusieurs heures selon les
objectifs recherchés. Le signal électrique délivré par le
dispositif de mesure est converti en grammes et projeté en
temps réel sur l'écran de l'ordinateur en fonction du temps.
L'ordinateur enregistre simultanément le temps écoulé en
seconde, le signal du capteur en microvolt, ainsi que toutes
les données relatives à l'expérience fournies par les
différents instruments, comme le régulateur de pression, le
thermomètre et l'hygromètre par exemple.
E) Analyse des résultats
On suivra la procédure et les techniques décrites dans le
document intitulé "Experimental evidences and theoretical
analylsis of anomalous diffusion during water infiltration in
porous building materials" des présents inventeurs, qui
devrait éventuellement être publié et être disponible au
public.
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DEVELOPPEMENTS ET AUTRES UTILISATIONS
Dans ce paragraphe nous évoquons brièvement les
améliorations prévues pour accroître le champ d'application
de l'invention.
Dans sa version actuelle, le dispositif ne permet de
mesurer que des échantillons solides ayant une cohésion
suffisante pour être pincés dans les mâchoires de la bride.
Nous prévoyons développer de nouvelles brides qui permettront
de mesurer les propriétés d'absorption des matériaux non
cohésifs comme les sols par exemple. Les échantillons
pourront être placés dans des chemises rigides fermées à la
base par une membrane poreuse.
Dans un développement ultérieur, les côtés du bâti
pourront être fermés de façon à créer une enceinte hermétique
à l'intérieur de laquelle la température et l'humidité
relative pourront être contrôlées précisément. Il est prévu
de réaliser des mesures du processus de séchage de matériaux
poreux initialement saturés avec un tel dispositif.
Nous prévoyons développer une version portable du
dispositif qui pourra être directement utilisée sur les
chantiers. Les changements porteront essentiellement sur la
taille et l'encombrement du matériel. Le dispositif pourra
être alimenté en eau à partir d'un conteneur indépendant du
réseau de distribution. Pour cet appareil, l'ordinateur
pourra être remplacé par une simple capacité mémoire destinée
à l'enregistrement des données brutes, l'analyse des données
pouvant être réalisée ultérieurement.
Nous prévoyons partager l'amplificateur, le convertisseur
analogique-numérique de l'ordinateur entre plusieurs bâtis de
façon à mesurer l'absorption dans plusieurs échantillons
simultanément avec le même équipement électronique.
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